煙草赤星病抗感材料Beinhart 1000-1和K326間生理和分子差異比較分析.pdf

1、煙草赤星病（Brown-spot）是一種由鏈格孢菌（Alternaria alternate）引起的世界性真菌病害，具有發(fā)病快，難治愈等特性，赤星病病原菌侵染煙草葉片后會破壞葉片完整性，改變?nèi)~片化學成分，嚴重影響煙草品質(zhì)，從而造成巨大經(jīng)濟損失。使用化學藥物防治煙草赤星病不僅污染環(huán)境，還會損害煙葉品質(zhì)。目前來講，解決這一問題的關鍵在于培育高抗赤星病的煙草品種。抗赤星病的煙草種質(zhì)資源非常有限，充分發(fā)掘現(xiàn)有抗性資源進行優(yōu)質(zhì)煙草品種的抗性改良是

2、煙草抗性育種的重要課題。
　　然而煙草的病害抗性應答是一個復雜的生理、病理過程，涉及多個遺傳因子和功能基因，利用現(xiàn)代生物技術，從分子水平揭示煙草赤星病抗性應答的作用機制對煙草抗性育種具有重要理論價值。目前植物激素信號轉導途徑及其中關鍵調(diào)控因子和靶基因的調(diào)控表達研究已成為植物分子抗逆育種領域的熱點內(nèi)容。植物主要激素茉莉酸、乙烯和水楊酸在植物病害應答中發(fā)揮重要作用，通過各信號途徑之間的相互拮抗或協(xié)同作用形成了復雜有序的植物激素調(diào)控網(wǎng)絡

3、。病害侵染會激活植物的激素合成，并誘導下游病程相關基因（ pathogenesis-related genes，PR）等防衛(wèi)基因的表達，從而增強植物的病害抗性。植物激素激活病程相關蛋白的表達需要一系列調(diào)控蛋白參與，在激素信號傳導途徑中，上游的激酶及轉錄調(diào)控因子等在病程相關蛋白的表達調(diào)控中起重要作用，是影響植物病害抗性的重要因素。
　　K326是我國廣泛種植的一個高品質(zhì)煙草品種，比較分析其與抗赤星病材料 Beinhart1000-1

4、之間的分子差異，開發(fā)赤星病抗性標記，并對K326進行品種抗性改良具有很好的應用價值。本研究首先通過植物生理和分子生物學研究技術，比較分析了高抗赤星病的煙草品種Beinhart1000-1與赤星病敏感栽培種K326之間的病害抗性差異。Beinhart1000-1在接種赤星病病原菌后，葉片出現(xiàn)局部壞死病斑，但病斑不發(fā)生擴散，表現(xiàn)出對赤星病良好抗性；但K326在接種赤星病病菌后，葉片很少發(fā)生壞死，通常病斑會持續(xù)擴散，直至整個葉片腐爛，表現(xiàn)出對

5、赤星病的敏感性。
　　進一步利用定量 RT-PCR技術，本研究著重分析了11個 PR基因及3個轉錄因子家族（WRKY, bHLH和AP2/EREBP）的16個基因在Beinhart1000-1和K326應答赤星病病原菌和植物激素（茉莉酸和乙烯）處理過程中的表達差異，揭示了二者抗性差異的分子基礎。研究結果發(fā)現(xiàn)：
　　1. Beinhart1000-1和K326間PR基因及轉錄因子對赤星病病原菌的敏感性差異明顯
　　通過對

6、比分析接種赤星病病原菌后 Beinhart1000-1和 K326中相關基因的相對表達量發(fā)現(xiàn)，候選的11個PR基因中有9個在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對赤星病病原菌更加強烈的敏感性，分別是PR1a, PRB-1b, PR3a, PRQ, PRR, PR4, PR5，PR3b和Gluc；16個分別屬于3個家族（AP2/EREBP, bHLH和WRKY）的候選轉錄因子中有13個，即ERF1，ERF2，ERF3b， ERF8，ERF

7、32，ERF168，EREBP1，CEF1，XP1，TSi1，WRKY4，WRKY11和MYC2在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對赤星病病原菌更加強烈的敏感性。
　　2. Beinhart1000-1和K326間PR基因及轉錄因子對茉莉酸及乙烯的敏感性差異明顯
　　通過對比分析茉莉酸處理后后Beinhart1000-1和K326中相關基因的相對表達量發(fā)現(xiàn)，PR基因中的PRB-1b, PR5, Gluc和PRR尤其在Be

8、inhart1000-1中表現(xiàn)出對茉莉酸更加強烈的敏感性；轉錄因子中的ERF8，TSi1，XP1，WRKY11和MYC2在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對茉莉酸更加強烈的敏感性。同時通過對比分析乙烯處理后Beinhart1000-1和K326中相關基因的相對表達量，發(fā)現(xiàn)PR基因中的PRB-1b, PR5, Gluc和PR3b在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對乙烯更加強烈的敏感性；轉錄因子中的ERF8，ERF168和WRKY1

9、1在Beinhart1000-1中的表現(xiàn)出對乙烯的更加強烈敏感性。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，茉莉酸，乙烯和病原菌能夠同時強烈誘導Beinhart1000-1中的PR5, Gluc和PRB-1b及上游轉錄因子基因WRKY11和 ERF8的表達，但不能以同樣的效果誘導相關基因在K326中的表達，揭示煙草的赤星病抗病調(diào)控途徑可能為：煙草在受到赤星病病原菌侵害后，啟動茉莉酸和乙烯的合成途徑，從而激活茉莉酸和乙烯信號轉導途徑，進一步由相關轉錄因子

10、WRKY11/ERF8調(diào)控激發(fā)下游關鍵靶基因 PR5/Gluc/PRB-1b的表達從而使機體產(chǎn)生對赤星病的抗性。另外作為茉莉酸信號途徑中的關鍵性轉錄因子，MYC2在煙草中受到赤星病病原菌和茉莉酸的誘導，并且其在Beinhart1000-1中的絕對表達量遠超過其在K326中的表達水平，表明茉莉酸信號途徑可能在 Beinhart1000-1對抗赤星病的免疫應答反應中起主導作用。進一步的種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育試驗也證明，Beinhart100