| 摘 要： | 砧木嫁接能够有效防治西瓜枯萎病,在西瓜生产上具有广泛应用。国内外对砧木品种选育、嫁接技术,嫁接对西瓜的产量、品质的影响,及嫁接介导接穗基因表达变化等方面已开展了大量研究,而对于嫁接砧木自身的抗病机理研究较少。以高抗西瓜枯萎病的葫芦砧木‘超丰抗生王’(CFKSW)和感病西瓜’苏蜜1号’(SM1)为材料,从组织结构变化、生理生化响应、转录组基因表达特征和蛋白质组变化等方面对CFKSW响应西瓜枯萎病菌生理小种1(FON1)侵染的抗性机理进行了研究。CFKSW响应FON1侵染的显微观察结果表明,FON1侵染后,CFKSW根部木质部导管通过快速形成膜状物、侵填体及细胞壁增厚阻塞菌丝入侵。而SM1的防御反应较CFKSW晚,FON1严重侵染时SM1木质部薄壁细胞细胞壁溶解,导管组织脱落导致维管系统空洞,从而使植株呈现萎蔫症状,这一现象在CFKSW根中没有发现。生理生化响应研究结果表明,与SM1相比,接种西瓜枯萎病菌后,CFKSW根中PAL、AAO、PPO、POD活性升高,MDA含量降低,β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性增强。表明嫁接砧木通过增强自身保护酶活性和PR蛋白酶活性从而提高植物抵抗病原菌的能力。同时,FON1侵染后,CFKSW比SM1具有较高的防卫基因表达水平。表现为:CFKSW中CHI、APX和PPO基因的表达随枯萎病菌侵染时间的延长而升高,而PAL呈现先升高后降低的表达趋势,但仍高于本底表达;SM1中仅PPO基因在枯萎病菌侵染后表达上调,而其他基因的表达则是先升高后降低,与嫁接西瓜中的PAL基因表达一致。为了进一步了解CFKSW响应FON1侵染的转录组特征,构建了枯萎病菌侵染后嫁接砧木根的转录组测序文库并进行Illumina RNA-seq双端测序及生物信息学分析。获得了45 642条Unigene,其中,枯萎病菌侵染后有486个基因差异表达,包括276个上调基因和210个下调基因。采用COG、GO功能分类工具将486个差异表达基因分别划分为21个和53个功能类别,共涉及物质及能量代谢、信号传导、转录调控及防卫反应等诸多生理生化过程。进一步比较差异表达基因的表达水平,初步确定有26个基因在FON1侵染后表达量变化显著,且与植物抗病性相关。为深入开展嫁接砧木抗病相关基因功能及调控等研究提供了丰富的数据资源。为了明确这些差异表达基因是否能够在蛋白水平上进行翻译,采用双向电泳(2-DE)技术和质谱(MS)技术对西瓜枯萎病菌侵染后嫁接砧木根的蛋白质组变化进行了研究。Image Master(GE)软件分析后,发现砧木根中有27个蛋白点差异表达,对27个差异蛋白点进行了二级串联质谱鉴定和数据库搜索,根据功能,这些蛋白主要涉及防御应答(22.2%),根形态建成(7.4%)、碳/氮代谢(14.8%)、蛋白水解(7.4%)、能量代谢(11.1%)、信号传导(7.4%)、活性氧代谢(3.7%)、光合(7.4%)、分子伴侣(3.7%)等9大功能类群。对转录水平的差异表达基因和蛋白水平的差异表达蛋白进行比较分析,发现有4个基因可以同时在两个水平上表达,这4个基因分别为:Leucine-rich亮氨酸富集蛋白基因、钙调蛋白基因、Glutathione谷胱甘肽转移酶基因和Gibberellin赤霉素氧化酶基因。从多个角度对嫁接砧木的抗病机理进行了探讨,有助于从已有的抗性种质资源中挖掘抗病基因,进而应用于分子标记辅助育种,对于培育持续抗性砧木新种质具有重要意义。
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