【摘要】：黃萎病是造成世界棉花產(chǎn)量和品質(zhì)降低的主要病害之一。研究棉花抗病機(jī)制,鑒定抗病基因可為棉花抗病分子育種提供理論基礎(chǔ)和基因資源。在植物抗病過(guò)程中,多種蛋白質(zhì)、酶的相互合作,共同完成了植物抗病信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞。泛素化修飾系統(tǒng)是真核生物體內(nèi)主要的蛋白質(zhì)調(diào)控路徑,廣泛參與了對(duì)生物體內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)的修飾降解行為。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),眾多E3泛素連接酶參與了不同物種對(duì)相應(yīng)病原菌的抗性調(diào)節(jié)。本研究對(duì)棉花一個(gè)參與抗黃萎病調(diào)控的E3泛素連接酶基因的功能進(jìn)行了研究,并對(duì)棉花中PUB基因家族進(jìn)行了聚類(lèi)分析,取得的主要結(jié)果如下:1.序列分析表明,我們獲得的對(duì)棉花黃萎病有響應(yīng)的E3泛素連接酶基因與擬南芥中具有免疫調(diào)節(jié)作用的PUB17具有較高的同源性,故命名為GhPUB17。表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)利用棉花黃萎病菌株V991,植物抗生物逆境相關(guān)激素SA和MeJA體外處理棉花幼苗后,提取總RNA檢測(cè)GhPUB17表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)GhPUB17均被誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)。鑒于此結(jié)果,我們對(duì)其在棉花中的表達(dá)量進(jìn)行了調(diào)控,詳細(xì)研究其抗黃萎病功能。2.通過(guò)病毒介導(dǎo)的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)及RNAi干涉技術(shù)抑制GhPUB17在棉花中的表達(dá),棉花植株對(duì)黃萎病菌的抗性得以增強(qiáng)。超量表達(dá)GhPUB17后,轉(zhuǎn)基因棉花材料對(duì)黃萎病的抗性明顯弱于野生型對(duì)照及抑制GhPUB17基因表達(dá)的材料。接種灰霉病原菌后發(fā)現(xiàn),所有棉花材料對(duì)該病原的抗性無(wú)顯著性差異,表明GhPUB17可能特異性參與了棉花對(duì)黃萎病的抗性調(diào)控。3.使用qRT-PCR方法檢測(cè)GhPUB17各種轉(zhuǎn)基因株系材料接種黃萎病菌后抗病相關(guān)基因的表達(dá)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)JA和SA信號(hào)路徑標(biāo)志基因在各個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)的表達(dá)趨勢(shì)一致,不因GhPUB17株系不同而存在差異,這說(shuō)明GhPUB17在棉花抗病信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的作用位置可能獨(dú)立于SA和JA信號(hào)路徑。4.通過(guò)蛋白互作實(shí)驗(yàn)鑒定到棉花親環(huán)素GhCyP3可以與GhPUB17互作。通過(guò)VIGS方法抑制GhCyP3表達(dá)后接種V991,發(fā)現(xiàn)棉苗的抗病性降低,表明其在棉花抗黃萎病過(guò)程中具有正向調(diào)控作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)GhCyP3蛋白能夠抑制GhPUB17的E3泛素連接酶活性。此外本研究還發(fā)現(xiàn),GhCyP3蛋白本身具有抗菌肽活性,體外培養(yǎng)狀態(tài)下可有效抑制黃萎病菌孢子的增殖。這些結(jié)果證明GhCyP3在棉花抗黃萎病方面存在多重調(diào)控作用。5.為了本課題后續(xù)對(duì)PUB基因家族成員的功能進(jìn)行系統(tǒng)性分析,我們對(duì)棉花基因組中的PUB基因進(jìn)行了檢索。以擬南芥的PUB基因序列為參考,我們?cè)陉懙孛藁蚪M中BLAST比對(duì)發(fā)現(xiàn)了77個(gè)PUB基因家族成員。聚類(lèi)分析后發(fā)現(xiàn),這77個(gè)基因可分為14類(lèi)。通過(guò)對(duì)棉花組織表達(dá)與黃萎病菌誘導(dǎo)表達(dá)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析,我們發(fā)現(xiàn)這些基因在棉花各組織差異表達(dá),且其表達(dá)量受黃萎病菌誘導(dǎo)。我們從已發(fā)表的267份棉花栽培品種的重測(cè)序數(shù)據(jù)中選取了124份,并調(diào)查了這些棉花材料對(duì)黃萎病的抗性數(shù)據(jù)。同時(shí)我們分析了這124份材料基因組中PUB基因的變異情況,并將其與材料的抗性相關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)部分PUB基因編碼區(qū)與啟動(dòng)子區(qū)域的SNP與InDel位點(diǎn)可能與棉花對(duì)黃萎病的抗性相關(guān)聯(lián)。以上研究結(jié)果證明棉花E3泛素連接酶GhPUB17負(fù)調(diào)控棉花抗黃萎病,但親環(huán)素GhCyP3可以抑制GhPUB17活性,并抑制病原菌生長(zhǎng),同時(shí)PUB基因家族的其他成員可能也參與了棉花對(duì)黃萎病的免疫調(diào)控。這為棉花抗病分子育種提供了理論基礎(chǔ)和基因資源。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S435.621.2
【圖文】：

RLK1 對(duì)感知幾丁質(zhì)也是必須的，CERK1/LysM RLK1 缺陷型植株表現(xiàn)為對(duì)真菌性病原菌的感知能力下降(Miya et al 2007; Petutschnig et al 2010)。在水丁質(zhì)綁定蛋白 CEBIP 包含有一個(gè)完整的 LysM 結(jié)構(gòu)域和一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，激酶結(jié)構(gòu)域。經(jīng)推測(cè)，擬南芥中的 CEBIP 可與 CERK1 受體相互協(xié)作來(lái)完質(zhì)的識(shí)別(Kakuetal2006)。DAMPs(Damanged-associatedmolecularpartterns信號(hào)同時(shí)也能夠被 PRRs 所識(shí)別。PEPR1 是一個(gè)植物傷信號(hào)受體，它能夠物體內(nèi)產(chǎn)生的、具有抗真菌活性的抗菌肽 AtPEP1 以激活免疫反應(yīng)(Yamag2006)。類(lèi)受體激酶 Theseus 也被發(fā)現(xiàn)在參與調(diào)控細(xì)胞伸長(zhǎng)的同時(shí)涉及到了疫反應(yīng)的激活行為。Theseus 有維持細(xì)胞完整性的功效，在細(xì)胞受損時(shí)，它生傷信號(hào)引起免疫反應(yīng)(Hematy et al 2008; Hematy et al 2007)。由于 PAMPs 的保守且為眾多病原菌生存所必需且共通的特性，植物PAMPs 后，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)廣譜和持久的抗菌能力，對(duì)眾多病原菌產(chǎn)生水平抗性（(Dodds et al 2010)。

病原菌進(jìn)化產(chǎn)生新的效應(yīng)子以促進(jìn)入侵，避開(kāi)宿主原有的 R 基因識(shí)別模式；植物本身也會(huì)進(jìn)化出新的 R 基因以識(shí)別新的效應(yīng)子，達(dá)到維護(hù)自身的目的。因長(zhǎng)久的植物與病原菌進(jìn)化歷程中，二者協(xié)作維持了一個(gè) 和諧 的關(guān)系，此用 zigzag 模式進(jìn)行闡釋?zhuān)▓D 1.2）(Jones et al 2006)。

【參考文獻(xiàn)】

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2719840