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利用BSMV-VIGS技术鉴定SA路径相关基因抗小麦赤霉病的功能

利用BSMV-VIGS技术鉴定SA路径相关基因抗小麦赤霉病的功能

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作者：吴洪燕山东农业大学

学位级别：硕士

小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB)是全世界普遍发生的小麦穗部的重大真菌病害,近年来随着全球气候条件的变化和耕作制度的改变,赤霉病对全球小麦生产和粮食安全所造成的威胁越来越大。小麦赤霉病抗源十分有限,苏麦3号及其衍生系是... 详细信息

小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB)是全世界普遍发生的小麦穗部的重大真菌病害,近年来随着全球气候条件的变化和耕作制度的改变,赤霉病对全球小麦生产和粮食安全所造成的威胁越来越大。小麦赤霉病抗源十分有限,苏麦3号及其衍生系是目前生产上所用的主要抗源材料,在赤霉病II型抗性上最具有代表性。因此,我们以苏麦3号以及主效基因Fhb1的感、抗近等基因系Apogee/Apogee73S2为材料进行了相关研究。本研究探索了大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默(BSMV-VIGS)技术在小麦赤霉病抗性研究上的应用,并利用该体系分析了SA信号转导路径相关基因在赤霉病抗性上的作用。主要研究结果如下:1.以小麦PDS为目标基因,在小麦上初步建立了BSMV-VIGS体系,成功沉默了小麦叶片和穗部的PDS基因,并利用PDS基因沉默产生的漂白现象分析出小麦穗部基因沉默的最佳接种时期和接种部位是在孕穗期摩擦接种小麦的旗叶。此外,我们利用携带TaPDS基因片段的重组病毒成功沉默了小麦近缘种属两份野生二粒小麦和三份粗山羊草中的PDS基因,为粗山羊草和野生二粒小麦的基因功能研究提供了重要的技术手段。2.为降低BSMV侵染对赤霉病抗性研究的影响,本试验通过对BSMV:00植株接种4种致病力不同的F.g菌株,分析出利用BSMV-VIGS技术鉴定相关基因的赤霉病抗性时应选用致病力适中的禾谷镰刀菌菌株SF06-1。3.我们利用BSMV-VIGS体系分别沉默了小麦叶片和穗部SA信号路径相关的基因,结果发现TaNPR2、TaNPR3及taics基因沉默后,苏麦3号增强了对F.g的敏感性,促进了赤霉菌的侵染和发生,但TaNPR1基因沉默后对赤霉病却没有任何响应,说明水杨酸路径中,TaNPR2、TaNPR3及taics基因对赤霉病抗性起作用。但taics基因沉默后,科农199提高了对白粉病的抗性。我们推测,小麦赤霉病和白粉病的抗病机理可能存在差异。4.通过对过量表达taics基因的T代短柄草胚芽鞘和穗部接种F.g,发现该基因可以提高短柄草对赤霉病的抗性,进一步证明了taics基因在赤霉病抗性上的作用。5.外源SA处理能够减缓小麦赤霉病的发病速度,且该作用主要发生于赤霉病发病初期。SA还可以促进小麦受侵染部位发生HR反应,形成坏死斑,抑制赤霉菌的进一步蔓延。6.F.g诱导下感、抗近等基因系Apogee/Apogee73S2中TaNPR2、TaNPR3及taics基因存在表达差异,但TaNPR1基因的表达水平基本相当。SA诱导下抗病材料苏麦3号中,TaNPR1基因的表达水平变化不大;TaNPR2、TaNPR3基因的表达均呈现逐渐上调然后下降的趋势;而taics基因的表达则迅速受到抑制。说明SA信号下游NPR路径中对小麦赤霉病抗性起调控作用的是TaNPR2和TaNPR3,而不是TaNPR1;并且SA合成相关基因taics也对小麦抗赤霉病具有一定的作用。以上研究证明,BSMV诱导的基因沉默技术在适当条件下,可以应用到小麦抗赤霉病相关基因的鉴定,同时证明SA路径在苏麦3号赤霉病抗性中具有重要作用。

关键词：小麦赤霉病 BSMV VIGS 水杨酸禾谷镰刀菌 TaNPR1 TaNPR2 TaNPR3 taics

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