转Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析

【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。     

外源水杨酸对水稻苗期生长与防卫相关基因表达的影响

为探究外源水杨酸(SA)对水稻苗期生长与SA相关防卫反应的影响,用不同浓度外源SA喷施苗期日本晴水稻,利用分光光度计测定水稻苗期生长关键指标叶绿素含量,采用qRT-PCR定量分析外源SA对水稻苗期SA合成基因PAL1、SA受体基因NPR1、SA信号途径下游的转录因子WRKY45/WRKY76和防卫基因PR1a/PR1b的表达水平。结果表明,外源SA对上述水稻基因的影响不同,即低浓度SA在一定程度上促进水稻苗期叶绿素积累,并显著影响水稻苗期防卫相关基因的表达水平;高浓度SA抑制叶绿素的积累,影响水稻的正常生长。综合比较结果显示,喷施2.0 mmol·L^-1外源SA对水稻苗期防卫相关基因表达的影响最为有效,该结果为进一步探索外源SA促进水稻苗期生长并提高水稻苗期防卫能力的作用研究奠定基础。     

NSvc4和CP蛋白与水稻条纹病毒的致病相关

【目的】以水稻条纹病毒（Rice stripe virus,RSV）编码的NSvc4蛋白和CP蛋白的致病功能鉴定为切入点,研究RSV的致病机理。【方法】通过农杆菌介导在本氏烟中对RSV编码的6个蛋白进行细胞定位。采用双分子荧光互补（Bimolecular fluorescence complementation,BiFC）技术鉴定NSvc4蛋白与其余5个蛋白间的互作关系,并用酵母双杂交体系（Yeast two-hybrid,YTH）对NSvc4与CP蛋白间的互作再次验证。利用马铃薯X病毒（Potato virus X,PVX）系统在本氏烟叶片研究NSvc4蛋白和CP蛋白的致病性,采用实时荧光定量PCR（Real-time PCR）技术验证致病性鉴定结果。【结果】RSV NSvc4蛋白能与CP蛋白互作,且蛋白复合体在本氏烟细胞中能够定位到叶绿体。致病性鉴定显示,PVX-RSV-NSvc4侵染的本氏烟表现为花叶症状;PVX-RSV-CP能够在侵染叶上诱导花叶症状,但是系统叶却恢复健康;PVX-RSV-NSvc4与PVX-RSV-CP共侵染的本氏烟和PVX-RSV-NSvc4CP侵染的本氏烟的侵染叶、系统叶均表现出了严重病症。Real-time PCR结果显示,PVX载体在各侵染本氏烟中的累积量均较低,而RSV CP和NSvc4基因的表达量与本氏烟的发病症状紧密相关。【结论】NSvc4和CP蛋白均有致病性。CP蛋白的致病力不能持久,但是与NSvc4蛋白互作后具有持久致病力,表明二者协同在RSV致病过程中发挥作用。     

小麦生理型雄性不育花药中能量相关基因的表达

为揭示小麦(Triticum aestivum L.)生理型雄性不育机理,以化学杂交剂SQ-1为诱导剂,构建了普通小麦西农1376不育和可育生理系,用RT-PCR技术分析了3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)和NFUDP4基因在不同发育时期的不育和可育花药中的表达差异.结果表明,与同期对照相比,GAPDH和NFUDP4基因在不育花药单核期到三核期均下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,GAPDH下调表达尤为显著.因此,小麦生理型雄性不育花药败育过程中,一方面由于GAPDH基因表达受抑制,使糖酵解受阻导致能量供应不足;另一方面,NFUDP4基因下调表达,可能引起线粒体某一Fe-S族蛋白装配需要的分子骨架减少而使其数量不足,从而可能引起Fe-S族蛋白参与的生化反应减弱,如呼吸链电子传递受阻引起能量供应不足,与小麦生理型雄性不育具有一定关系.     

水稻离体叶片纹枯病接种样品菌量检测方法研究

利用qPCR方法对水稻离体叶片纹枯病接种材料进行纹枯病菌含量的检测,从而对水稻发病程度进行定量分析。各水稻品种接种样品的纹枯病菌DNA含量,从低到高的顺序为:YSBR1、徐稻3号、台北309、泰粳394和Lemont。通过对接种实验条件的精确控制,离体叶片的病斑扫描,以及相对病斑面积的统计分析,验证了关于病害严重程度的qPCR检测结果。大田接种试验中,YSBR1、Lemont和泰粳394的平均病级呈显著差异;这进一步证明,通过纹枯病菌DNA的qPCR方法,能够快速有效地定量检测不同水稻品种的纹枯病抗性差异。该研究可为量化纹枯病发病程度、评价水稻品种的抗性水平及进行纹枯病的早期预报,提供有效的检测手段。     

水稻离体叶片抗纹枯病接种方法的研究

水稻纹枯病是影响水稻生产的重要病害之一。水稻纹枯病抗性属于数量遗传性状,目前尚未发现高抗或免疫的水稻种质材料。为了提高水稻抗纹枯病种质的筛选和研究效率,对水稻离体叶片抗纹枯病接种的实验条件进行了更精确的控制,并采用了量化的病情调查方法。取纹枯菌接种离体水稻叶片组织进行qRT-PCR分析,水稻病程相关基因呈诱导表达,验证了纹枯病菌对水稻的侵染。采用离体叶片接种、大田成株期接种、苗期“微室”接种法,对抗纹枯病水稻品种和敏感品种进行测试。抗性品种和敏感品种纹枯病病级的统计检验呈显著差异,3种方法的结果表现一致。改进的离体叶片接种方法具有易于操作和重复性好的优点,适用于大规模筛选抗纹枯病水稻种质材料。     

水稻苗期纹枯病抗性鉴定微室接种技术的改良

水稻对纹枯病的抗性属于典型的数量性状,多数栽培品种的抗病水平较低,并且抗性差异较小。水稻纹枯病接种和抗性评价体系是培育抗病品种的重要基础。利用植物生长箱的控温、控光和控湿条件以及生长势相对一致的水稻秧苗,对苗期纹枯病微室接种技术进行了改进。试验品种苗期的纹枯病抗性从高到低依次为YSBR1、特青、泰粳394、日本晴和Lemont,并且与大田成株期接种鉴定的结果一致。RT-PCR分析显示,苗期和成株期接种纹枯病菌均诱导4个水稻抗病相关基因的表达。通过"叶枕高"和"苗挺高"计算的各品种苗期病级变幅分别为2.82~8.54级和1.20~3.39级。前者与大田成株期的病级变幅一致,因而"叶枕高"病级计算方法更适用于微室接种鉴定体系。     

黏类小麦细胞质雄性不育系mtDNA消减文库的构建

本研究利用抑制性消减杂交技术,构建了黏类小麦细胞质雄性不育线粒体DNA的消减文库。分别提取相同细胞质背景下的不育和可育等基因系线粒体基因组DNA(mtDNA),用RsaⅠ酶切成大小不等的片段,并各自与不同的接头连接,连续经过两次消减杂交和两次PCR扩增,将PCR产物与克隆载体连接,转化为大肠杆菌感受态细胞DH5α,经蓝白斑筛选后,再用PCR方法插入片段筛选出阳性重组质粒,构建差异DNA消减文库。在构建的不育mtDNA文库中,将SSH文库的全部扩增产物与SSH文库中的单条扩增条带分别进行胶回收和克隆转化,分别挑取54个和6个阳性克隆进行测序分析和相关功能初步比对。结果表明,不育mtDNA的SSH文库差减杂交效率较高,质量较好;回收单条扩增条带分别进行克隆测序的结果准确率较高;对测序序列进行BLASTx比对及功能注释分析发现,约90%的序列来源于线粒体基因nad1和nad5的非编码区。     

GAPDH基因表达与小麦生理型雄性不育花药败育的关系

为分析三磷酸-甘油醛脱氢酶(GAPDH)基因与小麦(Triticum aestivum)生理型雄性不育花药败育的关系,本研究以新型小麦化学杀雄剂SQ-1作为诱导剂,普通小麦西农1376为材料,构建了西农1376不育和可育等生理系;采用半定量逆转录聚合酶链式反应(RT-PCR)技术分析了不育和可育等生理系不同发育时期花药中GAPDH基因的表达模式.结果表明,该基因在正常小麦花粉发育的单核期、二核期和三核期,表达丰度比较一致,没有明显变化,但在化学杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育花药中,不同发育期表达量存在显著差异,单核期表达最弱,二核期最高.与同期正常花药相比,GAPDH基因在生理型雄性不育花药三个发育期均呈下调表达,其中在大量花粉粒败育的单核期,表达量下调最显著,其次为三核期和二核期,证明化学杀雄剂SQ-1对GAPDH基因的表达具有明显抑制作用.因此,化学杀雄剂SQ-1诱导小麦生理型雄性不育形成过程中,可能与GAPDH基因表达减少导致细胞中能量供给不足有一定关系.     

内参法在线粒体DNA纯度鉴定中的应用

为了确定普通差速离心法提取的小麦线粒体DNA(mtDNA)的纯度,以小麦肌动蛋白β亚基(β-Actin)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亚基(RabcL)和细胞色素C 氧化酶第三亚基(COXIII)基因的片段作为内参标记,依靠聚合酶链式反应(PCR)及琼脂糖凝胶电泳技术,对提取的mtDNA进行了检测.结果表明,普通差速离心法提取的mtDNA中混杂有核DNA和叶绿体DNA(ctDNA).对提取的mtDNA稀释后再进行内参法检测,结果发现,当mtDNA稀释到DNA原液的300～400倍时,混杂其中的核DNA已达不到PCR反应的敏感度,但mtDNA、ctDNA仍能满足作为PCR反应体系模板的要求.此时,提取到的mtDNA可视为无核DNA污染的细胞质基因组DNA.