玉米全基因組NBS類抗病基因的進(jìn)化及病原菌誘導(dǎo)表達(dá)模式分析.pdf

1、植物抗病基因的進(jìn)化、克隆及其病原菌誘導(dǎo)表達(dá)模式分析是微生物與植物相互作用研究的重要內(nèi)容。具有核苷酸結(jié)合位點(diǎn)（NBS）結(jié)構(gòu)的基因，是植物中普遍存在的抗病基因，在植物抵抗各種病原物的襲擊中發(fā)揮重要作用。因此，開展玉米NBS類抗病基因的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究利用生物信息學(xué)的方法對玉米全基因組NBS 類基因家族的基因數(shù)量、結(jié)構(gòu)特征、染色體定位、基因復(fù)制及其進(jìn)化關(guān)系進(jìn)行分析，研究了EST數(shù)據(jù)庫表達(dá)譜以及小斑病、矮花葉病菌誘導(dǎo)NB

2、S類基因的表達(dá)模式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基因克隆，獲得如下主要結(jié)果：
　　 1、在玉米基因組中，共發(fā)現(xiàn)了107個(gè)具有NBS結(jié)構(gòu)域的基因，并且根據(jù)其N-端和LRR區(qū)域分為四大類，即NBS(N)7個(gè)，NBS-LRR(NL)31個(gè)，CC-NBS (CN)11個(gè)和CC-NBS-LRR (CNL)58個(gè)。這107個(gè)NBS基因被分別定位在玉米10條染色體上，每條染色體上的NBS基因分布數(shù)量各有差異，部分呈基因簇的形式存在，并且在第10條染色體上最

3、多，有28個(gè)基因存在。
　　 2、對玉米107個(gè)基因的基序進(jìn)行分析，并從上述四類NBS基因中分別發(fā)現(xiàn)了15種基序。4個(gè)NBS區(qū)域的保守基序P-loop、Kinase2、GLPL和MHD在NL和CNL類NBS基因中都有出現(xiàn)，而在N和CN類NBS基因中不規(guī)律出現(xiàn)。不同類型的NBS基因間保守基序的序列差異性較小，其中Kinase2基序最為保守，在玉米每一類NBS基因中都有發(fā)現(xiàn)。此外，對這107個(gè)基因的親緣進(jìn)化關(guān)系的研究表明，同一類型的

4、NBS基因并沒有明顯的成簇現(xiàn)象，而是四種類型交錯(cuò)出現(xiàn)在進(jìn)化樹分枝上。
　　 3、將玉米NBS基因與單子葉植物水稻、高粱，雙子葉植物擬南芥、百脈根進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在數(shù)量上，玉米NBS類基因最少，并且與雙子葉植物擬南芥和百脈根相比，玉米NBS類基因缺少TIR基序，與單子葉植物水稻、高粱類似。在染色體定位上,玉米NBS基因與擬南芥、水稻、百脈根相似，呈不均衡分布，而高梁呈染色體末端分布。
　　 在基因復(fù)制上,玉米NBS類基因的基

5、因復(fù)制數(shù)量少于擬南芥，遠(yuǎn)少于水稻，其多基因所占的比例玉米（38.3％）低于擬南芥（46.6％）和水稻（53.7％）；基因簇的數(shù)量玉米（22）少于擬南芥（39）和水稻（104）。此外，將玉米的NBS基因分別與擬南芥、百脈根和高粱基因組中的NBS基因共同構(gòu)建進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)玉米NBS基因與高粱的親緣關(guān)系最近，與百脈根的相對較遠(yuǎn)，與擬南芥的最遠(yuǎn)。
　　 4、將已知功能的9個(gè)不同植物的NBS基因以及一個(gè)玉米抗病基因相似序列與玉米NBS類基因

6、相結(jié)合進(jìn)行親緣關(guān)系分析。結(jié)果表明，ZmNBS3與玉米中的抗銹?。≒ucciniasorghi）基因Rp1有很高的同源性；ZmNBS42與玉米抗病基因同源相似序列RGA4同源性較高；ZmNBS55與高粱中已知的抗根腐?。≒ericonia circinata）
　　 基因Pc以及ZmNBS56與大麥中已知抗葉銹?。≒uccinia triiticina）基因Lr10也有著非常近的親緣關(guān)系。這為玉米NBS類抗病功能基因克隆提供了初步

7、依據(jù)。
　　 5、經(jīng)小斑病菌、矮花葉病毒和水楊酸脅迫誘導(dǎo),NBS類基因的表達(dá)呈現(xiàn)出不同的表達(dá)水平和表達(dá)模式，分析的58個(gè)基因有47個(gè)基因表現(xiàn)出了轉(zhuǎn)錄活性。在小斑病菌和水楊酸誘導(dǎo)表達(dá)模式中，小斑病菌誘導(dǎo)后約73％的NBS基因表達(dá)上調(diào),其中ZmNBS7，34，49，62，69，74，85，86，91，102和103在兩種誘導(dǎo)中均表達(dá)上調(diào),而ZmNBS56,55，51，48，42和27只表現(xiàn)小斑病病原菌誘導(dǎo)上調(diào)。在矮花葉病毒誘導(dǎo)中，Z

8、mNBS39，49，56，61，62，65，74，77，91和103呈現(xiàn)誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)，且ZmNBS39,56,61,62,91上調(diào)敏感性較強(qiáng)。ZmNBS49,56,62,74,91在兩種病原菌誘導(dǎo)中均表達(dá)上調(diào)，ZmNBS42，55和ZmNBS39，77分別表現(xiàn)出對小斑病菌誘導(dǎo)和對矮花葉病毒誘導(dǎo)的特異性上調(diào)。
　　 利用玉米EST文庫對107個(gè)NBS基因分析,得到77個(gè)NBS基因在不同組織：芽、根、穗絲、穗、胚乳以及混合組織中的多

9、樣表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)在病原物誘導(dǎo)中，在葉片中未檢測到表達(dá)的11個(gè)基因中的ZmNBS25,52,79和99在不同組織EST庫中均未檢測到,其它在非葉子組織中表達(dá)。
　　 6、綜合玉米NBS基因與作物已知功能NBS基因親緣關(guān)系分析和小斑病、矮花葉病菌及水楊酸誘導(dǎo)表達(dá)分析，ZmNBS3,ZmNBS42,ZmNBS55,ZmNBS56,ZmNBS39和ZmNBS77可作為重要的抗病候選基因，選擇ZmNBS56作為候選基因，從自交系B73中克