9-LOX家族脂氧合酶基因ZmLOX3和ZmLOX12調(diào)節(jié)玉米抗病機制研究.pdf

1、生物脅迫是限制作物生產(chǎn)的主要危害因子之一，它嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此研究作物抗病機制，解析作物與病原菌互作模式、挖掘抗病基因，是培育抗病品種的基礎(chǔ)。本研究通過解析兩個9-LOX家族脂氧合酶基因ZmLOX3和ZmLOX12的抗病機制，取得以下主要結(jié)果:
　　(1)通過玉米LOX3基因突變體與黃曲霉脂氧合酶基因突變體互作系統(tǒng)研究宿主與病原真菌的脂氧合酶基因在病原真菌侵染宿主過程中的作用，進一步闡述宿主和病原真菌間脂氧合酶基因調(diào)節(jié)

2、宿主抗病或感病分子機制以及研究宿主與病原真菌間的相互作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):宿主ZmLOX3基因可以抑制黃曲霉菌的定植與產(chǎn)孢，同時病原真菌PpoA、PpoD、和PpoC氧化酶基因需要依靠宿主LOX3基因的作用來調(diào)節(jié)自身孢子的產(chǎn)生，而病原真菌脂氧合酶loxA基因不需要依靠宿主LOX3基因的作用即可調(diào)節(jié)自身的產(chǎn)孢，同時病原真菌PpoA控制自身黃曲霉毒素的合成，并且宿主中籽粒中ABA和IAA可以促進病原真菌黃曲霉毒素的積累。這一結(jié)果說明玉米LOX

3、3基因可以抵抗黃曲霉菌的侵害，同時在黃曲霉菌體內(nèi)的脂氧合酶基因參與其侵染宿主過程中，并且與宿主的脂氧合酶相互作用共同參與宿主對病原真菌的抗病與感病過程中。本研究證實脂氧合酶基因是宿主與病原真菌間相互作用的重要信號交流分子，為研究作物與病原真菌互作分子機制以及作物抗病育種提供優(yōu)異的基因資源和理論基礎(chǔ)。
　　(2)ZmLOX3是禾生炭疽菌誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病反應(yīng)(ISR)的負(fù)調(diào)控因子，但在lox3突變體中存在的ISR長距離抗性傳導(dǎo)

4、信號的調(diào)控機制尚不清楚。本研究通過發(fā)現(xiàn)在lox3突變體在根部接種木霉菌后ZmLOX12的表達水平增加，進一步對ZmLOX12基因突變體進行功能驗證發(fā)現(xiàn):在接種木霉菌后，相比野生型玉米材料，ZmLOX12缺陷型突變體lox12-1不僅缺失ISR信號，且更易感禾生炭疽菌。這說明LOX12基因的正常表達是產(chǎn)生ISR的必要條件，是宿主體內(nèi)ISR信號正調(diào)控因子。對宿主內(nèi)植物激素以及與茉莉酸合成有關(guān)的基因表達分析發(fā)現(xiàn)，根部接種木霉菌后lox12-1

5、突變體內(nèi)的OPDA含量（茉莉酸前體）以及JA-Ile含量顯著低于未接種的突變體及野生型材料。茉莉酸是調(diào)節(jié)ISR的主要信號分子，這可以解釋為什么經(jīng)過木霉菌作用后的lox12-1突變體對禾生炭疽菌表現(xiàn)出系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性感病性。因此LOX12參與調(diào)解根部木霉菌誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性過程中的分子機制，通過調(diào)節(jié)茉莉酸合成相關(guān)基因的表達來間接調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)茉莉酸含量，進而參與木霉菌系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病反應(yīng)，是宿主系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病機制的正調(diào)控因子。
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6、3)為明確ZmLOX12基因的誘導(dǎo)表達機制，我們分離了ZmLOX12基因的啟動子序列。序列分析發(fā)現(xiàn)LOX12啟動子含有許多重要的順式作用元件，如:BIHD10S、ASF1-motif、GCC-core、MYB-core和POLLEN1LELAT52。將啟動子序列連接GUS基因轉(zhuǎn)化擬南芥發(fā)現(xiàn)，木霉菌可以誘導(dǎo)ZmLOX12啟動子激活GUS基因表達，外源施加MeJA有相同誘導(dǎo)效果，這從另一方向上證實玉米LOX12基因可以受到木霉菌和茉莉酸的誘