【摘 要】
:
水稻是世界上最重要的粮食作物之一,为全球贡献了超过30%的能量摄入。由稻瘟菌(Magaporthe oryzae)引发的稻瘟病是水稻上最重要的三大病害之一,严重威胁稻谷的产量。目前,稻瘟病的防治主要于依赖栽培抗病品种和使用化学药剂。由于该病原菌容易发生变异,所以抗病品种极易丧失抗性。长时间使用单一的化学药剂则会使病原菌产生抗药性,导致药效丧失。因此,如何提高水稻对稻瘟病的持久抗性,是我们国家粮食安
论文部分内容阅读
水稻是世界上最重要的粮食作物之一,为全球贡献了超过30%的能量摄入。由稻瘟菌(Magaporthe oryzae)引发的稻瘟病是水稻上最重要的三大病害之一,严重威胁稻谷的产量。目前,稻瘟病的防治主要于依赖栽培抗病品种和使用化学药剂。由于该病原菌容易发生变异,所以抗病品种极易丧失抗性。长时间使用单一的化学药剂则会使病原菌产生抗药性,导致药效丧失。因此,如何提高水稻对稻瘟病的持久抗性,是我们国家粮食安全生产上的难题。在植物和病原菌互作过程中,越来越多的证据表明小分子RNAs能够参与植物抗性免疫反应。水稻中,已有许多microRNAs报道能够参与抗稻瘟菌的免疫调节,但是小分子RNAs抗稻瘟菌的分子机制目前还不是很清楚。因此,了解水稻对稻瘟菌的抗性机制,在科学和经济上都具有重要意义。本论文主要对稻瘟菌(Guy11)侵染的水稻(Nipponbare)样品的小分子RNAs进行高通量测序,构建小分子RNAs表达文库;挑选差异表达显著的小分子RNAs进行Northern blot验证,筛选参与抗稻瘟菌免疫过程中的小分子RNAs;并对小分子RNAs和其靶标基因在抗稻瘟免疫中的功能进行分析,获得的主要研究结果如下:本研究首先对构建的表达文库中具有显著变化的小分子RNAs进行验证,发现osa-miR164a在稻瘟菌Guy11侵染早期和晚期都会下调表达。通过本氏烟瞬时表达,发现osa-miR164a能够抑制其靶标基因OsNAC60的表达。过表达osa-miR164a和沉默osnac60,miR1 64a/OsNAC60调控模型发生紊乱,水稻对稻瘟菌敏感性增强。显微观察发现,过表达osa-miR164a和沉默osnac60株系中侵染菌丝的扩展相比野生型更严重。在烟草叶片中过表达OsNAC60,发现能够诱导强烈的细胞坏死,诱导活性氧的迸发,胼胝质的积累,以及防卫相关基因NbPR1b,NbERF1,NbAcre31的表达,然而OsNAC60和osa-miR164a共表达时,OsNAC60引起的细胞坏死及免疫反应会受到抑制。同时,在多种植物-病原菌互作体系中,例如水稻/丝核菌,番茄/致病疫霉,大豆/大豆疫霉中,我们均发现相同的表达模式,即病原菌侵染后,osa-miR164a的前体会下调表达,而其靶标基因NAC会上调表达,表明miR1 64a/OsNACs调控模型可被多种病原菌激活。我们的结论表明,miR1 64a/OsNAC60调控模型调控水稻抗稻瘟菌的免疫;miR164a通过抑制NACs的表达,负调控植物免疫反应;miR1 64a/NACs作为一种基础免疫调节模型,广泛的存在于多种植物和病原菌互作体系中。我们还发现了另一个从来没有报道过功能的小分子RNA,osa-miR1436。在稻瘟菌侵染过程中,osa-miR1436会上调表达,其通过靶标OsMLO11的3’UTR区域,负调控靶标基因OsMLO11的表达。通过喷雾接种和菌丝球离体接种发现,过表达miR1436和沉默osmlo11会增强水稻对稻瘟菌的抗性,过表达OsMLO11会增强水稻对稻瘟菌的敏感性;主要体现在病斑分级,活性氧的迸发,胼胝质的积累,游离态水杨酸含量以及防卫相关基因的表达上。显微观察发现,过表达miR1436或沉默osmlo11会抑制附着孢的萌发及侵入菌丝的扩展。野生型叶鞘细胞中没有活性氧的积累,但是miR1436过表达及osmlo11沉默株系中,有侵入菌丝扩展的叶鞘细胞中会有活性氧的积累。苯胺蓝染色,结果发现miR1436过表达和osmlo11沉默株系中胼胝质的积累比对照株系要多,OsMLO11过表达株系中胼胝质的积累比对照要少;这一结果表明过表达miR1436或沉默osmlo11,会通过诱导活性氧的迸发,胼胝质的积累抵御病原菌的侵染,从而使水稻对稻瘟病表现为抗病。对防卫相关基因进行检测,发现在病原菌侵染过程中,相比较OsMLO11过表达株系,过表达miR1436及沉默osmlo11,防御相关基因OsPAL1,OsNPR1,OsPR1a,OsPR1b,OsPBZ1显著诱导表达;这些结果表明miR1436通过影响SA信号通路,调节水稻对稻瘟菌的抗性。在没有病原菌侵染的状态下,植物处于低免疫的状态,利于自身的生长发育;当稻瘟菌侵染时,miR1436会上调表达,降解OsMLO11,通过诱导活性氧的迸发,胼胝质的积累,增加游离态水杨酸含量以及影响SA信号通路来激活植物免疫反应,从而抑制病原菌的侵染。总而言之,我们的结论表明,miR1436通过调节OsMLO11的表达,正调控水稻抗稻瘟菌的免疫。
其他文献
盐胁迫是植物在自然环境中面临的主要非生物胁迫之一,严重制约着农业生产。植物在长期的进化过程中,形成了多种自我保护机制。植物可以通过感受盐胁迫刺激并传递信号,进而启动下游一系列基因去适应盐胁迫。细胞壁是植物细胞外围的厚壁,控制着细胞的生长,具有保护和支持作用。然而,关于植物在受到外界胁迫时细胞壁作用的研究却非常少。虽然有研究表明,纤维素在植物响应盐胁迫中起到非常重要的作用,但是半纤维素、果胶等其他组
DNA甲基化(DNA methylation)通常是指由甲基转移酶催化的胞嘧啶环上的甲基修饰,形成5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5-meC)。大量研究表明,DNA甲基化修饰在胚乳基因印记、转座子运动、转基因沉默以及mRNA加工过程都发挥着重要作用。与DNA甲基化过程相反,高等生物体内还存在着一个拮抗DNA甲基化的过程,被称为DNA去甲基化(DNA demethylation)。
钾(K)是植物生长发育必需的大量营养元素之一,广泛参与植物生长发育过程中的各种生理生化过程。梨树对钾素需求量大,钾对梨果品质形成具有重要作用。梨园土壤中钾素分布不均匀,有效钾含量变动范围大(19~547mg/kg),缺钾现象时有发生。杜梨是生产上广泛应用的砧木品种,其根系对土壤养分的高效吸收对提高接穗的养分高效利用有重要意义。HAK/KUP/KT钾转运蛋白及Shaker钾通道在K+吸收过程中起重要
金针菜为百合科(Liliaceae)萱草属(Hemerocallis)植物,其幼嫩花蕾作为可食用组织,具有对乙烯不敏感的特性。尽管与干制金针菜产品相比,鲜食金针菜维持了组织更好的口感及叶绿素、抗坏血酸等营养成分的含量,但市场上鲜食金针菜的销售较少。这是因为金针菜的采收期正值高温季节,采后常温下组织极易开花衰老,从而影响金针菜的加工、销售半径和货架期,也严重制约着鲜食金针菜产业的可持续发展。因此,了
有机酸是梨内在品质的评价标准之一。我国的梨品种较为丰富,不同品种间有机酸积累的差异各不相同。多年来,国内外关于梨果实有机酸的研究大多集中在有机酸的组分和含量上,而与梨果实有机酸积累相关的基因的研究报道较少。本研究首先利用高效液相色谱法分析了我国5个栽培种中9个梨品种的有机酸含量的差异,明确了苹果酸和柠檬酸为梨果实的主要有机酸;然后,以‘砀山酥梨’为实验材料,克隆了PbrALMT9,PbrTDT1和
类受体激酶(receptor-like kinase,RLKs)是植物细胞中重要的信号分子,在植物的许多生长发育及生理胁迫过程中起着重要作用。按照胞外配体结合结构域的不同可将RLKs分成22个亚类,其中富亮氨酸重复序列类受体蛋白激酶(Leucine-rich repeat receptor-like kinase,LRR-RLKs)亚家族的 BAK1(BRI1-associated recepto
糖分的合成与积累是影响果实品质和商品价值的核心因素,也是遗传育种和基础理论研究者普遍关注的科学问题。由于果实糖的合成代谢途径复杂,涉及长距离、跨膜运输,并受多基因协同调控,导致对其作用机制研究难度较大。目前,研究更多的集中在果实糖的合成,对其转运调控的机制研究比较少。因此,本研究通过基因组、转录组、蛋白质组以及转基因等研究手段,重点开展了梨果实糖转运蛋白基因家族鉴定和功能分析,研究结果如下:1、在
蜡质芽孢杆菌AR156是一株植物根围促生细菌,可以诱导植物对病原物产生广谱抗病性,其中最主要的是诱导系统抗病性(induced systemic resistance,ISR)。ISR是由根围有益微生物介导的系统诱导抗病性,它对病原菌并没有直接的杀死或抑制作用,而是通过诱导植物的抗病反应来达到防治病害的目的。小分子RNA广泛参与调控植物的免疫反应,但它在AR156诱导的拟南芥对灰霉病菌(Botry
由布氏白粉菌(Blumeria grarn f.sp.tritici,Bgt)引起的白粉病是小麦的一种重要病害,其流行严重影响小麦产量。目前已鉴定出多个小麦抗白粉病基因,但由于病原菌与寄主协同进化,由这些基因提供的小种专化抗性容易因新的毒性小种出现而丧失。因此,发掘和利用新的抗白粉病资源是小麦抗病育种一项长期的任务。此外,对抗病基因进行遗传分析、标记定位和克隆有助于我们更好地进行抗病分子育种,加深
葡萄是世界上广泛种植的果树之一,生产上主要分为鲜食葡萄和酿酒葡萄。鲜食葡萄是我国主要的园艺经济作物之一,研究鲜食葡萄的休眠机理,可以为农民丰产增收提供科学依据。本论文主要运用转录组侧序技术对不同休眠阶段的葡萄花芽休眠进行了分子机制研究。首先,在葡萄芽三个不同的休眠阶段,共发现了 6096个差异化表达的转录本(log2 ratio ≥1,FDR≤0.001)涉及 127 条通路。KEGG(Kyoto