番茄與白粉菌互作的細(xì)胞學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析.pdf

1、番茄白粉病 (OidiumDeolycopersici) 是一個世界范圍內(nèi)傳播的真菌病害,對番茄(Solanumlycopersicum) 的生產(chǎn)特別是溫室生產(chǎn)造成了很大的危害.本論文在細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄水平上分析了顯性,隱性基岡和主效 R-QTL 控制的抗性機(jī)理. 研究采用了 cDNA-AFL,P的方法,以非接種為對照分析了病菌誘導(dǎo)的感病,顯性單基岡和多基岡抗性遺傳材料的基因表達(dá)差異(第二章).結(jié)果表明在-岙茄和白粉病菌親和互作中番茄的上調(diào)表

2、達(dá)基因數(shù)是非親和互作中的2倍.抗性基岡和R-QTL 介導(dǎo)的對白粉病菌的抗性反應(yīng)和感病反應(yīng)在很大程度上誘導(dǎo)了相同的基岡,大約40﹪的這些基因在抗性基岡和/或R-QTL介導(dǎo)的抗性反應(yīng)中表達(dá)較早,而其它的基因表達(dá)表現(xiàn)相似的時(shí)序性.通過序列分析發(fā)現(xiàn),抗性反應(yīng)特異性或者抗性反應(yīng)中表達(dá)較早的著異表達(dá)的 cDNA-AFLP 片段 (differentially expressed transcriDt deriredfragment,DE-TDF)

3、主要來自植物防御反應(yīng)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因,而具有相似時(shí)序性的 DE-TDF則來白調(diào)節(jié)和管家基岡.岡而我們認(rèn)為抗病和感病反應(yīng)可能誘導(dǎo)了相似的基岡,而這些基因表達(dá)的時(shí)序性著異對番茄和白粉病菌互作的最終結(jié)果至關(guān)重要. 為了更好地研究不同基因或QTL控制的抗性反應(yīng)機(jī)理,在細(xì)胞和轉(zhuǎn)錄水平上分析了以感病材料 (Moneymaker,MM) 為遺傳背景的含有顯性抗性基因 01-1,01-3,01-5,01-4,01-5和01-6,隱性抗性基因

4、o1-2,和不同QTL組合的近等基岡系(NIL)對白粉病菌的抗性反應(yīng)(第三章和第五章).顯微鏡分析結(jié)果顯示這些基岡和QTL控制的抗性反應(yīng)可以表現(xiàn)在白粉病菌和番茄互作的不同階段. HR在 R-QTL 介導(dǎo)的抗性反應(yīng)中起主導(dǎo)作用并且在3個R-QTL之間表現(xiàn)加性,而穿透性乳突,小液泡和吸器基質(zhì)結(jié)構(gòu)異常化也和抗性反應(yīng)相關(guān)但不具有加性效應(yīng).含有不同的R-QTL的NIL表現(xiàn)不同類型的壞死細(xì)胞.R-QTL的聚合可以導(dǎo)致和 01-1 介導(dǎo)的單基

5、岡控制抗性相當(dāng)?shù)母呖顾?而且這種效應(yīng)產(chǎn)生主要是因?yàn)閴乃兰?xì)胞比率的升高(第四章).此外,含有相同的 R-QTL姊妹NIL的可以具有不同的抗性表現(xiàn),例如,接種白粉病菌的含有3個R-QTL的兩個姊妹NIL的葉片上表現(xiàn)不同大小的壞死斑.小的壞死斑意味著快速的反應(yīng)和植物可以用比較小的代價(jià)完成抗病過程.因而,含有多個R-QTL并且表現(xiàn)較小壞死斑的番茄植株應(yīng)該可以作為一個比較好的抗病親本應(yīng)用到抗病育種中. 含有隱性抗性基因 o1-2,顯性抗

6、性基因 01-1和1-4的番茄品系的抗性反應(yīng)分別和乳突形成,快速HR和慢性HR相關(guān).cDNA-AFLP和RT-PCR分析表明它們的基因表達(dá)譜不同.大部分的01-1介導(dǎo)的抗性和感病反應(yīng)中都表達(dá)的基岡沒有在01-4介導(dǎo)的抗性反應(yīng)中表達(dá),在o1-2介導(dǎo)的抗性反應(yīng)中沒有或者比較晚表達(dá).RT-PCR分析顯示o1-2介導(dǎo)的抗性反應(yīng)和已知的水楊酸(SA),茉莉酸 (JA) 以及乙烯防御反應(yīng)途徑無關(guān).岡而,我們推測01-2蛋白可能是一個番茄白粉病菌親和

7、互作所必須的感病因子,或者o1-2介導(dǎo)的抗性反應(yīng)采用了另外一種新的防御反應(yīng)途徑.乙烯防御反應(yīng)途徑參與01-4介導(dǎo)的抗性反應(yīng),但是水楊酸和茉莉酸防御反應(yīng)途徑和01-4介導(dǎo)的抗性反麻不相關(guān).脂氧化酶(LOX)在01-4和o1-2介導(dǎo)的抗性反應(yīng)起重要作用 ,同時(shí)這種脂氧化酶被證實(shí)不是13 LOX異構(gòu)酶.另外,01-1介導(dǎo)的抗性反應(yīng)和水楊酸和乙烯防御反應(yīng)途徑可能相關(guān),但是需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(第三章). 根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使用78個經(jīng)過

8、挑選的引物組合對含有不同R-QTL組合和01-1的NIL以及感病材料刪進(jìn)行了進(jìn)一步的cDNA-AFLP分析.在顯示的人約4000個條帶中204個屬丁差異表達(dá).其中72個DE-TDF只與基岡型有關(guān)和處理不相關(guān),132個DE-TDF和處理相關(guān).在親和和非親和互作中表現(xiàn)相同上調(diào)時(shí)序性的DE-TDF被認(rèn)為來自于和基礎(chǔ)防御反應(yīng)或者親和反應(yīng)相關(guān)基因,這些基因的表達(dá)可能是被成功侵入的細(xì)胞反應(yīng)的體現(xiàn).那些在非親和互作中表現(xiàn)較早表達(dá)時(shí)序性的基因被發(fā)現(xiàn)在感

9、病植株中被系統(tǒng)性誘導(dǎo).水楊酸和過氧化氫可能是這些單基岡和多基因控制的番茄抗病材料的抗性反應(yīng)中的重要信號分子.一小部分的特異差異表達(dá)的和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因可能負(fù)責(zé)著防御反應(yīng)途徑的精細(xì)調(diào)節(jié).通過電子(in-silico)作圖確定了一個位于01-1和R-QTL1的區(qū)域的01-1或者R-QTL1的候選基岡.通過綜合分析以上的結(jié)果并且和相關(guān)文獻(xiàn)資料比較,我們得到以下結(jié)論:番茄白粉病抗性可以表現(xiàn)在番茄和白粉病菌互作的不同階段.病兇誘導(dǎo)的番