黑穗病菌侵染初期甘蔗幼苗光合生理變化及基因差異表達(dá).pdf

1、甘蔗具有高效的碳同化能力,單位面積產(chǎn)量高,是重要的糖料和能源作用。甘蔗黑穗病是一種由真菌(Ustilago Scitaminea Syd.)引起的氣傳性病害,幾乎在全球各個(gè)植蔗國(guó)均有發(fā)生此病的報(bào)道,它能夠?qū)е抡崆o產(chǎn)量和蔗糖分的嚴(yán)重?fù)p失。目前關(guān)于甘蔗響應(yīng)黑穗病菌的機(jī)理還不清楚,特別是對(duì)甘蔗幼苗在黑穗病菌侵染初期的分子響應(yīng)機(jī)制更是缺乏了解。本研究采用人工針刺接種甘蔗黑穗病菌,測(cè)定了甘蔗幼苗在病原菌侵染初期其光合和熒光參數(shù)的變化;分別在翻譯水

2、平和轉(zhuǎn)錄水平上研究其基因差異表達(dá)情況;并克隆了四個(gè)與黑穗病菌脅迫相關(guān)基因的全長(zhǎng)并對(duì)它們?cè)诓煌{迫條件下的表達(dá)情況進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　1.甘蔗幼苗的葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)在黑穗病菌侵染的前3 d均降低,第4 d出現(xiàn)升高,胞間CO2濃度(Ci)在黑穗病菌侵染的前3 d均升高,第4 d降低。葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv、Fm、ΦPSII、Fv/Fm和Fv′/Fm′在病原菌侵染初期均下降,但在侵染3 d后

3、迅速增加,可見甘蔗幼苗對(duì)病原菌的侵染表現(xiàn)出積極的響應(yīng)。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)Pn與Gs、Tr的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.800以上,呈顯著正相關(guān);Ci與Fv'/Fm'和ΦPSⅡ顯著正相關(guān);Fo與Fv/Fm、Fs及ETR呈顯著正相關(guān);Fv/Fm與Fv'/Fm'呈顯著正相關(guān);Fs與Fv'/Fm'呈顯著正相關(guān);Fv'/Fm'與ΦPSⅡ呈顯著正相關(guān)。
　　2.在翻譯水平上共獲得34個(gè)差異蛋白質(zhì)點(diǎn),其中有26個(gè)蛋白點(diǎn)表現(xiàn)為明顯的上調(diào)表達(dá),有8個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)表現(xiàn)

4、為下調(diào)表達(dá)。質(zhì)譜分析后共成功鑒定了18個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)。根據(jù)它們的生化功能,可將其分為7類,其中參與防衛(wèi)反應(yīng)的蛋白所占比例最大為29％,其次為參與代謝反應(yīng)的蛋白占23%,參與光合作用的占18%,參與蛋白加工的占12%,參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的占6%,參與細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的占6%,功能未知的占6%。
　　3.在轉(zhuǎn)錄水平上,成功構(gòu)建了一個(gè)甘蔗幼苗響應(yīng)黑穗病菌侵染的正向抑制消減雜交文庫(kù),共成功測(cè)序獲得224個(gè)EST序列,其中有199條表達(dá)序列標(biāo)簽(EST

5、s)成功獲得了功能注釋。Gene Ontology分析發(fā)現(xiàn),在細(xì)胞組分二級(jí)水平分類中,有152個(gè)unigenes被注釋了241次,可細(xì)分為8類,其中共質(zhì)體、包膜和細(xì)胞外區(qū)域所占比例較小,而細(xì)胞、細(xì)胞器和大分子復(fù)合體所占比例較大,分別為36.7%和19.3%,表明甘蔗黑穗病病原菌對(duì)蔗株細(xì)胞內(nèi)部的功能差異產(chǎn)生影響。在生物過程的二級(jí)水平分類中,有139個(gè)unigenes共被注釋了273次,可將其細(xì)分為18類,其中涉及代謝過程和細(xì)胞過程的功能多

6、,分別被注釋85次和74次,這反映了蔗株所具有的基本生命活動(dòng)。另外涉及刺激物響應(yīng)和生物調(diào)節(jié)的也分別被注釋了28次和17次。在分子功能的二級(jí)水平分類中,有129個(gè)unigenes共被注釋了132次,可細(xì)分為8類,其中涉及結(jié)合(binding)和催化活性(catalytic activity)的所占比例大,分別被注釋了49次和61次,這兩類蛋白的主要參與調(diào)控反應(yīng),這反映出甘蔗受黑穗病病原菌侵染后基因的差異表達(dá)主要是受某種因子所調(diào)控的,因此在