【摘 要】
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小麦白粉病是影响小麦产量的主要病害之一,它是由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminis fsp.tritici,Bgt)引起的一种世界性真菌病害。化学防治和抗病育种是防治小麦白粉病的主要措施,但是一些化学药剂会造成环境的危害,生理小种的变化会造成一些抗病基因功能的丧失。抗病机理的研究将为病害的防治提供新的思路和方法。前人研究表明甘油-3-磷酸(G3P)和油酸(18:1)是植物
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“化学诱导调控小麦甘油脂质和脂肪酸代谢增强对白粉病抗性的作用机理”(No.31671676);
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小麦白粉病是影响小麦产量的主要病害之一,它是由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminis fsp.tritici,Bgt)引起的一种世界性真菌病害。化学防治和抗病育种是防治小麦白粉病的主要措施,但是一些化学药剂会造成环境的危害,生理小种的变化会造成一些抗病基因功能的丧失。抗病机理的研究将为病害的防治提供新的思路和方法。前人研究表明甘油-3-磷酸(G3P)和油酸(18:1)是植物与病原菌互作过程中重要的信号分子。本研究分析了小麦与白粉菌互作过程中甘油及脂肪酸代谢通路的变化,提出了通过化学调控G3P和油酸的含量进而诱导小麦对白粉病抗性的新方法,并初步解析了甘油诱导小麦抗白粉病的分子机理。以期为小麦白粉病抗病机理的研究以及病害防治提供新的思路和方法。本论文获得的主要研究结果如下:1.小麦苗期喷施3%甘油能够诱导感病小麦对白粉病的抗性,同时甘油处理能增加小麦叶片中G3P含量,并降低油酸含量。成株期大田喷施3%甘油能显著提高小麦对白粉病的抗性。2.利用RNA-seq技术检测了甘油诱导的小麦叶片在与白粉菌互作过程中的转录组变化。甘油诱导上调的基因能富集到响应茉莉酸信号、响应真菌、葡糖苷酶的活性、过氧化物脱氢酶的活性等GO功能条目上;甘油诱导上调的基因也显著富集到了茉莉酸的前体分子亚油酸和亚麻酸的代谢通路上。一些抗病相关的基因(如:编码HSP90、HSP70、PR1、PR10、RPM1、儿丁质酶1和几丁质酶8等的基因)也能受到甘油的诱导上调表达。这些抗病相关基因的上调表达,可能有利于小麦对白粉病的抗性。此外,脂肪酸代谢通路和甘油代谢通路能响应白粉菌发生变化,通路中的关键基因的表达变化(如:TaSSI2和TaGLI1基因的上调表达)有利于油酸和G3P的积累。3.苗期喷施10-30 mM的茉莉酸合成途径抑制剂DIECA能显著降低小麦叶片中MeJA的含量,并能诱导小麦对白粉菌的抗性,而喷施0.2-1 mM的MeJA诱导抗病性的效果并不明显。验证了上述转录组分析发现的茉莉酸信号变化可能参与了甘油诱导小麦对白粉病抗性的结论。4.小麦硬脂酰基载体蛋白去饱和酶基因TaSSI2响应白粉菌诱导上调表达,催化硬脂酸形成油酸。感病小麦材料薛早接菌后叶片中不饱和脂肪酸(18:1、18:2和18:3)的含量显著增加。利用RNAi干扰感病材料薛早中的TaSSI2基因的表达,降低了叶片中油酸的含量,提高了对白粉病的抗性。5.小麦叶片中催化甘油转化成G3P的甘油激酶基因TaGLI1受到白粉菌诱导上调表达,同时G3P的含量也受到白粉菌诱导上升。在拟南芥中超表达TaGLI1-2D基因明显提高了转基因拟南芥对白粉病的抗性,表明TaGLI1-2D基因具有抗病功能。
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