植物与核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)互作分子生物学的初步研究

来源 :浙江大学农业与生物技术学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cjian024156
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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是世界上破坏性最强的植物病原物之一,引起的菌核病是世界性重要病害,每年造成巨大经济损失,是农业生产上迫切需要解决的重要问题。目前对植物与核盘菌互作分子机理的研究还很粗浅。本研究采用生理和蛋白质组学方法分析了核盘菌菌龄影响致病力的机理,组合采用突变体和病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术,分离和鉴定了植物对核盘菌的抗病性调控基因,获得了以下主要研究结果:   1.通过分析核盘菌菌丝培养时间、菌丝体浓度以及接种后的保湿时间等因子对接种后油菜植株发病的影响,建立了一套有效的基于菌丝悬浮液的核盘菌喷雾接种方法体系。从在平板活化3d后核盘菌菌落边缘打取菌碟(Ф6mm),按10块·100 mL-1加入液体培养基中,25℃、200 r·min-1下振荡培养4d,用匀浆机匀浆30s制成菌丝悬浮液,终浓度调至600nm波长下吸光度值为1.0~2.0,用空压机喷雾接种油菜植株,保湿48h。该接种方法适用于规模化植物抗性评价分析研究。   2.分析了菌龄对核盘菌致病力的影响及其生理生化机理。发现幼嫩菌丝和老熟菌丝再转接后菌丝生长速度存在显著差异,幼嫩菌丝的生长活力明显更高,用于获取接种用菌丝的转代培养以选取培养2~3d的菌落边缘的幼嫩菌丝为培养源为宜。不同年龄菌丝的致病力比较分析结果表明,老熟菌丝的致病力显著低于幼嫩菌丝。与幼嫩菌丝相比,老熟菌丝接种油菜植株后产生的果胶酶活性以及草酸含量均显著降低,表明果胶酶活性以及草酸含量的显著降低是导致老熟菌丝的致病力显著下降的重要原因。   3.采用蛋白质组学方法比较分析了幼嫩菌丝和老熟菌丝的蛋白质表达谱。发现幼嫩菌丝和老熟菌丝蛋白质丰度变化在2倍以上的差异表达蛋白点99个。通过MALDI-TOF-TOF-MS质谱分析成功鉴定了其中95个。其中约三分之二(59个)在老熟菌丝中表达下调,三分之一(36个)表达上调。这些差异表达蛋白主要涉及代谢(43%)、多功能(11%)、细胞骨架和细胞完整性(7%)、氨基酸转运与代谢(7%)、蛋白降解与裂解(6%)、蛋白合成(5%)、转录调节(4%)、抗氧化调节(4%)、信号传导(3%)、诱导植物防卫反应(1%),另外有9%蛋白的功能未知。差异表达蛋白中有12%与草酸合成的调控相关,这些差异表达蛋白功能分析揭示了导致老熟菌丝中草酸合成能力下降的两方面机理。一方面是包括4个草酰乙酸乙基水解酶(Oxaloacetate acetylhydrolase)蛋白,1个异柠檬酸裂解酶(Isocitrate lyase),以及1个异柠檬酸脱氢酶(Isocitrate/isopropylmalatedehydrogenase)等在内的草酸合成关键正向调控酶在老熟菌丝中的蛋白含量均显著下降,另一方面是3个柠檬酸合成酶(Citrate synthase)在老熟菌丝中的蛋白含量则显著增加,导致合成草酸的直接底物草酰乙酸显著减少。此外,与基因转录、蛋白合成、呼吸、核质问转运相关的蛋白在老熟菌丝中的积累量均显著下降,说明这些活动在老熟菌丝中受到抑制。差异表达蛋白功能分析还表明在老熟菌丝中通过激活多种途径协调保持细胞结构的完整性。这些结果增进对核盘菌菌丝老熟的生理和致病力变化及其分子机理的理解。   4.组合采用突变体和VIGS技术,筛选鉴定了一批植物对核盘菌的抗病性调控基因。采用VIGS技术分析了13个本氏烟基因对核盘菌的抗性调控功能,发现 b12(Mitogen-activated protein kinase1)、b16(Small GTP-binding protein)和24(Protein disulfide isomerase)沉默后植株的菌核病病害症状比对照显著加重,而b60(Lemir)沉默后的植株病害症状则比对照显著减弱,说明b12、b16和24可能正调控、而b60可能负调控本氏烟对核盘菌的抗性。另外,以拟南芥突变体为材料,对WRKY基因家族、MPK和AG01基因的抗病调控作用进行了分析。与野生型对照相比,接种核盘菌后agol-36、wrky6和wrky31拟南芥突变体的病害症状显著加重,而wrky69突变体则显著减轻,表明AG01、WRKY6和WRKY31可能正调控、而WRKY69可能负调控拟南芥对核盘菌的抗性。
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