【摘要】：馬鈴薯是僅次于水稻、小麥和玉米的世界第四大糧食作物,在世界糧食安全中發(fā)揮重要作用。由致病疫霉菌(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是馬鈴薯上危害最為嚴(yán)重的病害,曾引發(fā)1840年代的“愛爾蘭大饑饉”。使用抗病品種是防治該病害最經(jīng)濟(jì)有效和環(huán)境友好的策略,但致病疫霉菌頻繁變異進(jìn)而克服品種抗病性,導(dǎo)致晚疫病的周期性爆發(fā)和流行,因此被稱為“抗病基因毀滅者”(Resistance gene destroyer)。我國西北地區(qū)廣泛種植的馬鈴薯飽受晚疫病危害,在我國大力倡導(dǎo)化學(xué)藥劑減量增效的背景下,如何快速開發(fā)抗病品種和高效、持久地使用它們成為晚疫病防控工作亟待解決的關(guān)鍵問題。由于我們不清楚國內(nèi)馬鈴薯主栽品種在西北地區(qū)的田間抗病表現(xiàn),對這些品種在基因水平的抗病遺傳背景更缺乏系統(tǒng)的了解,嚴(yán)重阻礙了馬鈴薯品種的合理布局和推廣應(yīng)用,增加了晚疫病爆發(fā)流行的風(fēng)險(xiǎn)。因此,我們對101個(gè)馬鈴薯主栽品種和新育品種(系)進(jìn)行了田間抗病性鑒定,并以已知致病疫霉無毒基因?yàn)楣ぞ叻治隽?0個(gè)品種中對應(yīng)抗病基因的組成。此外,靶向保守RXLR效應(yīng)基因的馬鈴薯抗病基因其抗性持久的潛力更大,因此鑒定保守RXLR效應(yīng)基因?qū)閷ふ页志每共』虻於ɑA(chǔ)。為鑒定致病疫霉菌侵染早期高表達(dá)的保守RXLR效應(yīng)基因,我們挑選出6個(gè)遺傳多樣性較高的菌株,制備了12小時(shí)的葉部侵染材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,從測序數(shù)據(jù)中鑒定到一批序列保守的核心RXLR效應(yīng)基因,并對部分候選在本氏煙和馬鈴薯上進(jìn)行了初步的功能分析。主要得到以下結(jié)果:1.田間抗病性鑒定發(fā)現(xiàn)19個(gè)馬鈴薯品種對晚疫病表現(xiàn)高抗,大部分品種表現(xiàn)中抗到高感。以10個(gè)致病疫霉菌無毒基因?yàn)楣ぞ?分析了20個(gè)馬鈴薯品種的抗病基因組成,發(fā)現(xiàn)各品種抗病基因數(shù)目和組成不同,含有0到10個(gè)與無毒基因?qū)?yīng)的抗病基因,平均每個(gè)品種含有5個(gè)。在強(qiáng)毒性菌株為流行群體的前提下,供試品種抗病基因數(shù)目和病情指數(shù)(AUDPC)間呈顯著負(fù)相關(guān)(R=0.70**,p0.05),表明聚合抗病基因越多的品種田間抗病表現(xiàn)越好。2.采用Illumina高通量轉(zhuǎn)錄組測序,從6個(gè)菌株侵染的馬鈴薯葉片樣品中得到46G數(shù)據(jù),其中2,337,987條(1%)序列(reads)屬于致病疫霉菌。經(jīng)基因拼接后從6個(gè)菌株中檢測到11,911個(gè)表達(dá)的基因,平均每個(gè)菌株中檢測到7,000個(gè)基因;其中包括245個(gè)表達(dá)的RXLR效應(yīng)基因,平均每個(gè)菌株中檢測到160個(gè)。表達(dá)特征分析發(fā)現(xiàn),RXLR效應(yīng)基因的整體表達(dá)水平比轉(zhuǎn)錄組整體水平高2-3倍,說明在侵染早期階段有大量的RXLR效應(yīng)基因高度上調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),在128個(gè)效應(yīng)基因中共檢測到468個(gè)單堿基(SNP)變異,其中同義替換183個(gè),非同義替換266個(gè),表明效應(yīng)基因承受正向選擇壓力,多態(tài)性水平高�；谛蛄斜Ｊ厍仪秩驹缙陔A段高表達(dá)的原則,我們鑒定到23個(gè)候選核心效應(yīng)基因。經(jīng)序列比對分析,最終將它們劃分為18個(gè)候選的核心RXLR效應(yīng)因子(Core RXLR effector,CRE)。選取其中9個(gè)CRE進(jìn)行毒性測試,發(fā)現(xiàn)它們均可促進(jìn)致病疫霉菌的侵染。選取4個(gè)CRE在本氏煙和馬鈴薯葉片瞬時(shí)表達(dá),初步功能分析發(fā)現(xiàn)它們均抑制由BAX、INF1、NIP、Avh241和Avh238引發(fā)的PTI和ETI反應(yīng)。表明這些效應(yīng)基因在侵染早期通過抑制植物防衛(wèi)反應(yīng)而發(fā)揮毒性作用。
【圖文】：

構(gòu) 無隔膜、多核管狀菌絲 單細(xì)胞或有隔單核或多核菌絲性 二倍體，配子為短暫的單倍體期 典型的為單倍體，有性世代為二大小 50-250Mb 10-40Mb胞壁多纖維素 幾丁質(zhì) 常無色素 非常普遍生代謝較少報(bào)道 較普遍素 非肽，脂類 小肽或脂肽類性孢子 非干燥狀態(tài)，單細(xì)胞孢子囊 干燥狀態(tài)，單細(xì)胞或多細(xì)胞分生性孢子 非常普遍，雙鞭毛游動孢子 不常見，僅見于壺菌，單鞭毛子 卵孢子，常形成于特化菌絲的末端 許多類型，，常大量形成，被復(fù)雜物包裹要能量Mycolaminarin 和脂類，也可能利用多磷酸鹽糖原和海藻糖，還有糖醇和脂類

病疫霉菌形態(tài)學(xué)研究霉菌整個(gè)生活史中共有 11 種細(xì)胞類型（cell type）（圖 1-2），這生命周期各階段，例如有性和無性繁殖、游動孢子萌發(fā)和侵染、這些細(xì)胞類型包括：游動孢子（zoospore）、休止孢（cyst）、ing cyst）、帶吸器的萌發(fā)休止孢（germinated cyst with appressoriu泡的休止孢（germinated cyst with appressorium and infection vem）、孢子囊（sporangium）、菌絲（hyphae）、雄器（antheridiu）和卵孢子（oospore）(Nowicki et al. 2011)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S435.32

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本文編號：2588610