小麥單基因系TcLr19與葉銹菌互作過程中的鈣信號研究.pdf

1、本試驗選用小麥(Triticum aestivum L.)抗葉銹單基因系TcLr19和葉銹菌生理小種366組成不親和組合。我們實驗室先前在其他小麥品種上已經(jīng)證明，不親和組合中小麥葉片發(fā)生過敏性反應是小麥抵抗葉銹菌侵染的重要因素。
　　 首先本試驗采用藥理學的方法，給小麥葉片分別預注射不同濃度的Ca2+螯合劑（EGTA）和質(zhì)膜Ca2+通道抑制劑（Verapamil和LaCl3）后接種葉銹菌小種366，以及只注射Ca2+載體(A23

2、187)而不接種，觀察上述藥物對寄主細胞過敏性反應（HR）的影響。試驗結(jié)果表明，使用Ca2+螯合劑螯合胞外Ca2+或質(zhì)膜Ca2+通道抑制劑抑制質(zhì)膜Ca2+通道后均導致寄主葉片發(fā)生HR的面積隨所注射的藥物濃度升高而減少。在只注射Ca2+載體(A23187)而不接種的試驗中，寄主細胞也發(fā)生一定程度的HR，且HR 面積隨A23187濃度增加而有所增加。據(jù)此提出，胞外Ca2+涌入胞內(nèi)在小麥抵抗葉銹菌侵染的信號傳導途徑中可能發(fā)揮重要作用。

3、　　 為了確定小麥葉肉細胞內(nèi)Ca2+在葉銹菌侵染早期的變化趨勢，本試驗采用焦銻酸鉀沉淀法，結(jié)合透射電鏡技術(shù)，對葉銹菌生理小種366 侵染小麥葉片后的早期時間點鈣離子分布進行了亞細胞定位，直觀再現(xiàn)了葉銹菌侵染后不同階段小麥葉肉細胞中鈣離子的分布變化情況,同時對細胞器的結(jié)構(gòu)和變化也進行了觀察。
　　 試驗結(jié)果表明，在未接種的小麥葉肉細胞中，液泡中焦銻酸鈣沉淀顆粒較多，呈較大的絮狀聚集體分布，暗示著液泡中存在著較高濃度的自由鈣離子；

4、細胞間隙、葉綠體和細胞壁上有少量的鈣沉淀顆粒分布，細胞核中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的焦銻酸鈣沉淀顆粒。說明在沒有任何刺激的情況下，胞內(nèi)自由鈣離子保持較穩(wěn)定的水平。此時，細胞核近似圓形，核質(zhì)分布均勻，葉綠體分布于細胞邊緣，基粒排列整齊，線粒體由雙層膜包被，內(nèi)嵴豐富。
　　 在TcLr19接種366后，小麥與葉銹菌互作的早期，胞內(nèi)Ca2+沉淀的形態(tài)及位置發(fā)生了明顯的變化，即，在液泡中呈現(xiàn)由絮狀凝集態(tài)變?yōu)轭w粒分散狀再變?yōu)樾鯛钅瘧B(tài)的特點，而胞質(zhì)中

5、的鈣變化趨勢則呈現(xiàn)由較少的鈣沉淀顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橘N近質(zhì)膜分布較多的鈣沉淀顆粒，隨接種時間的延長，鈣沉淀顆粒進一步向質(zhì)膜、線粒體和葉綠體附近聚集，最終消逝為較少的鈣沉淀顆粒的特點。這說明，接種后胞質(zhì)中Ca2+濃度先升高后降低的趨勢，體現(xiàn)了侵染早期小麥葉肉細胞胞內(nèi)Ca2+流動變化趨勢，也說明在24h大量發(fā)生HR反應之前，胞內(nèi)Ca2+的分布確實已經(jīng)發(fā)生了變化，體現(xiàn)了Ca2+作為胞內(nèi)第二信使的靈敏性。同時，我們還觀察到，葉綠體、線粒體、細胞核等細胞器

6、的變化，以及細胞壁和細胞質(zhì)電子致密性物質(zhì)含量增加的現(xiàn)象，這說明寄主細胞已經(jīng)感知到病原菌的侵入，并且表達了一定的防衛(wèi)反應。這與本實驗室前期針對洛夫林10的研究結(jié)果是相似的，但是，Ca2+沉淀的變化趨勢以及細胞器的變化結(jié)果與在洛夫林10上的研究結(jié)果相比，TcLr19的表現(xiàn)要相對早一些，此外，Ca2+沉淀的位置和形態(tài)與洛夫林10上的結(jié)果差異也比較較大。
　　 綜合以上的試驗結(jié)果我們認為，一方面TcLr19的高抗病性與防衛(wèi)反應的啟動時間