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.pdf

1、甘蔗具有高效的碳同化能力,單位面積產量高,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,幾乎在全球各個植蔗國均有發(fā)生此病的報道,它能夠導致蔗莖產量和蔗糖分的嚴重損失。目前關于甘蔗響應黑穗病菌的機理還不清楚,特別是對甘蔗幼苗在黑穗病菌侵染初期的分子響應機制更是缺乏了解。本研究采用人工針刺接種甘蔗黑穗病菌,測定了甘蔗幼苗在病原菌侵染初期其光合和熒光參數的變化;分別在翻譯水

2、平和轉錄水平上研究其基因差異表達情況;并克隆了四個與黑穗病菌脅迫相關基因的全長并對它們在不同脅迫條件下的表達情況進行了分析。結果發(fā)現:
　　1.甘蔗幼苗的葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(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。葉綠素熒光參數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,可見甘蔗幼苗對病原菌的侵染表現出積極的響應。相關性分析發(fā)現Pn與Gs、Tr的相關系數達到了0.800以上,呈顯著正相關;Ci與Fv'/Fm'和ΦPSⅡ顯著正相關;Fo與Fv/Fm、Fs及ETR呈顯著正相關;Fv/Fm與Fv'/Fm'呈顯著正相關;Fs與Fv'/Fm'呈顯著正相關;Fv'/Fm'與ΦPSⅡ呈顯著正相關。
　　2.在翻譯水平上共獲得34個差異蛋白質點,其中有26個蛋白點表現為明顯的上調表達,有8個蛋白質點表現

4、為下調表達。質譜分析后共成功鑒定了18個蛋白質點。根據它們的生化功能,可將其分為7類,其中參與防衛(wèi)反應的蛋白所占比例最大為29％,其次為參與代謝反應的蛋白占23%,參與光合作用的占18%,參與蛋白加工的占12%,參與信號轉導的占6%,參與細胞生長和分化的占6%,功能未知的占6%。
　　3.在轉錄水平上,成功構建了一個甘蔗幼苗響應黑穗病菌侵染的正向抑制消減雜交文庫,共成功測序獲得224個EST序列,其中有199條表達序列標簽(EST

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

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。另外涉及刺激物響應和生物調節(jié)的也分別被注釋了28次和17次。在分子功能的二級水平分類中,有129個unigenes共被注釋了132次,可細分為8類,其中涉及結合(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控反應,這反映出甘蔗受黑穗病病原菌侵染后基因的差異表達主要是受某種因子所調控的,因此在