叶锈菌及信号分子诱导小麦TcLr35中β-1,3-葡聚糖酶基因的表达分析

【目的】β-1, 3-葡聚糖酶是一种病程相关（pathogenesis-related,PR）蛋白,了解小麦TcLr35中β-1, 3-葡聚糖酶基因在叶锈菌（Puccinia triticina）与TcLr35小麦互作体系中的表达模式,明确其与TcLr35小麦抗叶锈病相关性,进而探讨PR蛋白介导的小麦成株抗叶锈病的分子机理。【方法】在前期研究基础上,利用生物信息学方法分析已克隆β-1, 3-葡聚糖酶类病程相关蛋白基因TaLr35PR2结构特征,利用半定量RT-PCR方法结合genetools和SPSS软件检测叶锈菌及信号分子诱导后不同时间点该基因表达量,并明确其在小麦根、茎和叶各生长器官及小麦不同生长时期的基因表达模式。【结果】小麦TaLr35PR2含有信号肽,编码定位于液泡的碱性蛋白,蛋白序列与其他物种PR2类蛋白序列具有较高同源性,与普通小麦病程相关蛋白2亲缘关系最近,与水稻病程相关蛋白亲缘关系最远。小麦成株期接种叶锈菌后不同时间点,TaLr35PR2在亲和反应（Thatcher）中表达量变化不大,趋于平缓;而在非亲和反应（TcLr35）中的表达有显著差异,总体上,该基因在非亲和组合中表达量明显高于亲和组合中表达量。检测TaLr35PR2在成株小麦TcLr35各器官中基因表达,该基因在叶片中表达量随接菌时间点延长明显增加,并在接菌后48 h达到表达高峰;而在根中接菌后各时间点均未检测到基因表达;在茎中接菌后48 h开始有少量表达,但表达量变化不大,趋于平缓,总体表达丰度为叶＞茎＞根。在小麦生长发育的不同时期,除1叶期外,该基因在TcLr35和Thatcher中均有表达,Mock（未接菌处理）反应中,TaLr35PR2在小麦不同生长期的表达呈上升趋势;接种叶锈菌后,TaLr35PR2在亲和反应和非亲和反应小麦各生长时期的表达量均高于Mock反应,且在成株期表达稳定。信号分子水杨酸（salicylic acid,SA）、脱落酸（abscisic acid,ABA）均能诱导该基因的表达,信号分子预处理后接种叶锈菌,基因表达量显著上调。【结论】TaLr35PR2的表达受叶锈菌诱导,TaLr35PR2可能参与SA、ABA介导的信号通路,并参与小麦TcLr35成株抗叶锈病防御反应。     

叶锈菌及信号分子诱导小麦TaLr35PR2蛋白的表达分析

为明确小麦TaLr35PR2蛋白在叶锈菌和信号分子诱导下的表达模式,在前期研究工作基础上,成功构建了TaLr35PR2基因的原核表达载TaLr35PR2-pEASY,在大肠杆菌中高效表达分子量约为30kDa的融合蛋白,采用Western杂交分析了TaLr35PR2蛋白在叶锈菌、水杨酸(Salicylic acid,SA)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)诱导下的表达水平。结果表明,小麦成株期接种叶锈菌后不同时间点,TaLr35PR2蛋白在亲和反应(Thatcher)中表达量变化不大,趋于平缓;而在非亲和反应(TcLr35)中的表达量变化较大,在接种叶锈菌后不同时间点有明显的上升或下调,且在非亲和组合中的表达量明显高于亲和组合。另外,信号分子可以诱导TaLr35PR2蛋白的表达,信号分子预处理后接种叶锈菌,TaLr35PR2蛋白表达量显著上调。这些研究结果首次从蛋白表达水平明确叶锈菌和信号分子SA、ABA显著诱导TaLr35PR2蛋白的表达,推测TaLr35PR2可能与小麦TcLr35成株抗叶锈病防御反应具有一定相关性。