叶锈菌与‘TcLr19’小麦互作体系中PR1基因的克隆及分析

利用RT-PCR和cDNA末端快速扩增技术(RACE),从被小麦叶锈菌诱导的抗叶锈病近等基因系材料TcLr19中获得1个病程相关蛋白1(Pathogenesis-related proteins 1,PR1)基因,暂命名为TcLr19PR1。该基因长度为810bp,包含495bp ORF区,编码164个氨基酸,基因产物具有植物防御体系中病程相关蛋白SCP保守结构域,与多个植物病程相关蛋白1基因具有较高同源性。利用半定量分析表明,TcLr19PR1基因受叶锈菌诱导后表达量变化明显,非亲和组合表达高于亲和组合。Southern杂交验证说明TcLr19PR1在小麦基因组中为低拷贝。利用‘中国春’缺体-四体系成功将该基因定位在小麦7D染色体上,为进一步明确叶锈菌与‘TcLr19’小麦互作体系中病程相关蛋白1基因的抗叶锈相关性奠定了基础。     

小麦与叶锈菌互作过程中LRRs类基因在转录水平的表达分析

本试验以小麦近等基因系TcLr26和Thatcher分别与叶锈菌生理小种260组成不亲和及亲和组合,基于RNA-Seq高通量测序数据库,通过基因表达差异分析,筛选了6个在接种后较0h表达明显变化的属于LRRs类基因的Unigenes,利用实时定量PCR(RT-qPCR)技术对这6个LRRs类基因在接种叶锈菌后的表达进行了分析,为深入研究这些LRRs类蛋白在小麦抗叶锈菌侵染过程中的作用机制奠定了重要试验基础。     

小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的cDNA-AFLP分析

 【目的】分析经叶锈菌诱导小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的基因表达情况,寻找与抗病基因表达相关的片段。【方法】应用cDNA-AFLP技术从mRNA表达水平研究TcLr38和感病对照Thatcher与小麦叶锈菌05-22-65（THTS）互作时基因表达的差异。【结果】76对引物组合检测到约3 800条条带,平均每一对选择性引物可以获得50条条带,其中28对能够在小麦近等基因系TcLr38和感病对照Thatcher之间扩增出特异性条带。多态性条带划分为8种类型,其中3种类型可能与抗病基因相关。最终得到95条小麦抗叶锈近等基因系TcLr38的特异性表达的转录衍生片段（TDF）,其中19条差异TDFs只在接种叶锈菌的TcLr38中出现,为上调表达,而8条差异TDFs为下调表达。对可能与抗病相关的特异TDFs中的21条片段进行序列测定与分析,经BLASTx比较,17个TDFs所推导的蛋白质序列在数据库中找到其所对应的同源序列,15个TDFs为已知功能的基因。【结论】通过对功能已知的基因分析,推测决定蛋白激酶C、ATP结合蛋白、类受体激酶、信号传导组氨酸激酶（HPK）、肽酶家族M23、Dnak抑制蛋白DksA、甲硫氨酸tRNA合成酶、RanGTP酶激活蛋白1、烯酰辅酶A水合酶的TDFs可能与抗病或防御过程相关。     

TaSPX3基因VIGS沉默表达降低小麦对叶锈病(Puccinia recondite f. sp. tritici)的抗性

为挖掘TaSPX3基因在小麦抗叶锈病中的作用,本研究以前期对叶锈菌感染的小麦转录组数据分析发现的TaSPX3基因受到叶锈菌侵染诱导表达为依据,利用BSMV-VIGS系统沉默中国春和郑麦9023中的TaSPX3基因,利用qRT-PCR技术进一步分析小麦抗病相关基因的转录水平。结果发现TaSPX3基因沉默后,小麦叶锈菌感染加重,降低了小麦对叶锈病的抗性;同时,对侵染过程抗病相关基因转录检测发现,抗病相关基因PR2和CAT的表达水平显著下调。本研究表明TaSPX3基因可能通过调控PR2和CAT基因的表达参与小麦对叶锈病的抗性。     

小麦3种锈菌PCWDEs家族基因鉴定及表达分析

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶（Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs）基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌（叶锈菌、条锈菌和秆锈菌）基因组中的碳水化合物活性酶（Carbohydrate-active enzymes, CAZymes）进行预测分析,在此基础上对其中的PCWDEs基因家族进行全基因组范围的筛选鉴定,并利用qRT-PCR方法对叶锈菌PCWDEs家族成员在侵染过程中的转录水平进行了检测分析。结果表明：1）小麦叶锈菌、条锈菌和秆锈菌基因组分别编码355、322和345个CAZymes家族成员基因以及160、153和158个PCWDEs基因;小麦3种锈菌共含75个保守CAZymes基因亚家族和94个PCWDEs直系同源基因簇。2)16个叶锈菌特异性PCWDEs基因在亲和（Pt15-‘中国春’）/非亲和（Pt15-‘云麦34’）互作过程中均受到不同程度的诱导表达,但非亲和互作中在侵染更早期就已受到诱导上调表达。3）叶锈菌特异性PCWDEs基因簇中有4个PCWDEs被鉴定为类扩展蛋白,其在侵染过程中受到诱导表达,说...     

小麦NBS-LRR类抗病基因同源cDNA序列的克隆与表达分析

为获得小麦抗叶锈病相关基因,以小麦近等基因系TcLr19所构建的非亲和cDNA文库中获得的EST序列(Contig 914)为靶序列,用RT-PCR方法和cDNA末端快速扩增技术,分离克隆到片段为3 042bp的全长cDNA序列。序列分析表明该序列符合典型单子叶植物的CC-NBS-LRR结构模式,命名为TaNLR。该基因包含一个完整的2 739bp的开放阅读框(ORF),具有连续的Poly A尾和典型的加尾信号AATTAA。ProtParam程序预测表明该基因编码912个氨基酸。发育树分析显示该氨基酸序列与大麦的NBS-LRR类抗病基因蛋白同源性最高达89%。荧光定量PCR分析表明,在小麦与叶锈菌互作中,TaNLR基因受叶锈菌诱导下调表达。本研究在TcLr19小麦中成功获得了抗病同源基因,这为明确NBS-LRR在小麦抗叶锈病中的作用奠定了基础。     

小麦类钙调素新亚型基因TaCML25/26调控抗叶锈性

小麦叶锈病是小麦生产中的重要病害，抗病品种的利用是防治该病安全、高效、经济的方法。明确抗叶锈病相关基因的作用对于有效防治叶锈病具有重要意义，而Ca2+ CaM/CML信使系统在抗病过程中起着重要作用，并且不同的CaM亚型可能调控不同的抗病途径。前期研究发现在抗病和感病转录中存在显著差异表达的CaM/CML序列，在此基础上，在小麦近等基因系TcLr19中克隆该基因的开放读码框（open reading frame，ORF）。通过用Blastx及多种软件进行序列分析，初步确定其结构特性。该基因包含一个完整458 bp的开放阅读框，编码147个氨基酸；编码的蛋白不含跨膜区、无信号肽、定位在线粒体以外的其他细胞器中，具有一个EF hand_8以及多个EFh保守结构域。该基因与粗山羊草CML25/26 基因的亲缘关系最近，相似性高达99%，确定其为一个新的小麦CML亚型，命名为TaCML25/26。用SWISS MODEL构建CML的三维模型。利用实时荧光定量PCR（qRT PCR）分析该基因在TcLr19和其感病突变体Mu19中表达的特性。该基因不仅在根、茎、叶等组织中均有不同程度的表达，而且在叶片中表达受叶锈菌诱导，表达高峰出现时间在小麦近等基因系TcLr19和感病突变体Mu19中显著不同，在抗病的TcLr19中比在感病突变体中高峰早出现96 h；外源植物激素水杨酸、脱落酸在TcLr19中诱导TaCML25/26上调表达。为今后解析小麦类钙调素基因在植物抗叶锈病中的生物学功能奠定基础。     

利用VIGS技术分析TcLr19中TaSTKC8基因的抗叶锈性功能

为明确抗叶锈病相关基因在抗叶锈性中的作用,本研究以小麦叶锈菌诱导的TcLr19为研究对象,利用病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)技术对前期克隆得的TaSTKC8基因进行了初步的功能分析,结果显示TaSTKC8部分基因沉默后,反应型由"0"变为"X";组织学观察显示接种叶锈菌120h,寄主组织中虽然出现了坏死反应,但有大量菌丝的生长,说明TaSTKC8基因参与了TcLr19对小麦叶锈菌THTS的抗病反应。     

小麦叶锈菌与TcLr19非亲和互作cDNA文库的EST分析

 【目的】建立小麦叶锈菌与小麦非亲和互作的基因表达数据库,为从分子水平阐明小麦抗叶锈病机制奠定基础。【方法】对叶锈菌诱导的TcLr19小麦叶片cDNA文库随机测序,利用BLASTx对所得序列进行功能注释,按照Bevan的植物基因功能分类标准进行分类。采用RT-PCR技术,以Actin为参照,对2条信号转导相关基因和3条抗病与防御相关基因进行表达分析。【结果】随机对cDNA文库中756个阳性克隆测序,获得649条高质量EST。对EST序列聚类拼接获得472条非重复序列(Unisequence)。功能分类结果表明,25.2%为未知功能蛋白,21.0%与能量代谢基因相关,17.8%与抗病防御基因及信号转导基因相关,其余EST分别与转录、转运、蛋白代谢等功能基因相关。RT-PCR分析结果表明同一基因在叶锈菌侵染后不同时间点的小麦叶片中表达量不一致,且各基因有不同的表达模式。【结论】推测钙转运ATP酶,谷胱甘肽-S-转移酶,蛋白激酶Pti1,NBS-LRR抗病蛋白和分子伴侣DnaJ等参与了小麦与叶锈菌的非亲和互作过程。该cDNA文库可用于了解小麦与叶锈菌非亲和互作过程中的功能基因,为建立研究病原菌基因及小麦抗病基因数据库奠定基础。     

小麦Wrab18基因在小麦与叶锈菌互作中的功能研究

小麦Wrab基因家族分离于一种抗寒性小麦品种,该家族基因受冷胁迫或脱落酸诱导,在冷胁迫或脱落酸诱导后有高表达。通过构建转录组数据库,发现Wrab18基因在小麦抵抗叶锈菌侵染的过程中有明显上调。本试验以小麦品种‘洛夫林10’(简称‘L10’)与叶锈菌生理小种260组成不亲和组合,采用RT-PCR技术克隆Wrab18全长序列;应用生物信息学方法分析该基因的序列特征;通过与GFP蛋白融合进行亚细胞定位;采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)方法检测Wrab18基因的表达;利用VIGS技术沉默Wrab18基因后,探究Wrab18基因在小麦与叶锈菌互作过程中的作用。结果克隆得到510bp的Wrab18基因开放阅读框全长,生物信息学分析表明,Wrab18可能不含有跨膜结构,为亲水性蛋白;亚细胞定位显示Wrab18定位于细胞质及细胞核中;Wrab18基因在接菌后8h表达量有明显增高;通过VIGS技术沉默‘L10’中的Wrab18基因,在接种叶锈菌后96h,发现叶锈菌的吸器母细胞数量增多,引起的小麦HR细胞面积增大,表明Wrab18基因参与了小麦抵抗叶锈菌侵染的过程,并在该过程中发挥正调控作用。