植物受病原菌或水楊酸及其類似物誘導,會產生具有廣譜抗性特征的系統(tǒng)獲得抗性。NPR1蛋白和WRKY轉錄因子是植物SAR過程關鍵轉錄調控位點。在大麥和小麥等麥類作物中,可在注射丁香假單胞菌(Pseudomonas syringae pv.tomato)DC3000的相鄰區(qū)觀察到與模式植物SAR類似的“獲得抗性(Acquired Resistance,AR)”。然而,麥類作物AR的轉錄調控網絡及NPR1基因的功能仍亟待明確。本研究主要研究內容及結果如下:利用丁香假單胞菌DC3000誘導小麥產生AR反應,在DC3000接種相鄰區(qū)可有效地增強小麥對葉銹菌(Puccinia triticina,Pt)高毒性小種THTT的抗性水平。利用丁香假單胞菌DC3000誘導大麥轉基因材料Ubi::wNPR1和Ubi::HvNPR1-Kd產生AR反應,以稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)菌株Guy11為二次病原物侵染測定AR水平。結果表明,大麥轉基因材料Ubi::wNPR1表現出對稻瘟菌菌株Guy11的抗性水平顯著提高,而Ubi::HvNPR1-Kd材料中的AR被明顯抑制。進一步利用RNA-seq技術,測定了上述材料在AR過程中的差異表達基因。通過生物信息學分析,推測一些病程相關PR基因和BTH處理誘導的BCI基因在AR過程中受NPR1基因調控。利用熒光實時定量qRT-PCR技術,對部分基因表達量進行驗證。從全基因組水平分析了WRKY轉錄因子基因家族的表達模式,發(fā)現并克隆了10個差異表達WRKY基因。利用農桿菌介導的基因瞬時表達技術,發(fā)現其中3個WRKY基因,包括HvWRKY6、HvWRKY40和HvWRKY70可顯著增強小麥對葉銹菌的抗病水平。本研究初步構建了NPR1基因在麥類作物AR過程中的轉錄調控網絡,明確了該生物學過程在作物抗病遺傳改良方面的應用前景。生物信息學分析發(fā)現的差異表達基因及關鍵WRKY轉錄因子,將為提高小麥抗病水平提供新思路及創(chuàng)新性種質資源。
【學位單位】：河北農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S512.1
【部分圖文】：

河北農業(yè)大學碩士學位（畢業(yè)）論文3 結果與分析菌 DC3000 引起的 AR 反應可增強小麥病材料“Thatcher”苗期第二葉葉尖注射丁香。以清水注射作為對照，注射 DC3000 后 48 h接種小麥葉銹菌毒性小種 THTT。于接種后 1占葉片面積的百分比，實驗設置兩次系統(tǒng)重復復，利用 SAS 軟件進行差異顯著性分析。結 AR 反應可顯著（***P < 0.0001）增強小清水對照孢子堆數量明顯減少（圖 1）。

NPR1 基因介導的麥類作物獲得抗性轉錄調控網絡研究稻瘟菌菌株 Guy11，設置 6 個生物學重復。接種稻瘟菌 5 d 后測量病斑大小。結果圖 2 所示，在大麥野生型材料中可觀察到明顯的對稻瘟菌 Guy11 的 AR 反應。而在水處理中，wNPR1-OE 轉基因材料相對于野生型材料對 Guy11 表現出更強的抗性平，證明在不需要丁香假單胞菌 DC3000 誘導下，wNPR1-OE 材料也可以增強對稻菌菌株 Guy11 的抗性。而 DC3000 處理條件下，HvNPR1-Kd 轉基因材料相對于野型，可明顯觀察到 AR 反應被抑制。上述結果表明，NPR1 基因在丁香假單胞菌3000 引起的 AR 反應中起關鍵作用。

圖 3 RNA-seq 生物學重復間的 Pearson’s 相關性 （R2> 0.92）CK：清水對照； PST：P. syringae DC3000 處理；OE：小麥 NPR1 過表達； Kd：大麥 NPR1 沉默Fig.3 Pearson’s correlation of biological replicates in the present RNA-seq assay （R2> 0.92）CK: water infiltration control; PST: P. syringae DC3000 infiltration;OE: wNPR1-OE transgenic line; Kd: HvNPR1-Kd transgenic line PR 基因和 BCI 基因在 NPR1 介導的大麥 AR 中的表達譜在本課題組前期研究中，利用熒光實時定量 qRT-PCR 技術，多個病程相關 PR因被證實為 AR 過程中 NPR1 的下游基因[44]。本研究中，我們整理了所有已知 PR因在 RNA-seq 數據庫中的表達譜，利用 MeV 軟件對 PR 基因在數據庫中的 FPKM做熱圖，其中 HvPR1、HvPR2、HvPR3_Chit2a、HvPR5_TLP6/7/8、HvPR9 和 HvPR13導水平與 NPR1 轉基因表達量顯著（P < 0.05）相關，表現為在 wNPR1-OE 轉基因料中更高或在 HvNPR1-Kd 轉基因材料中更低（如圖 4 所示）。而 HvPR5_TLP1、PR15、HvPR16、HvPR17a 和 HvPR17b 表達水平受丁香假單胞菌 DC3000 顯著誘，但誘導水平與 NPR1 轉基因表達量無關。我們同樣對另一類大麥中 SA/BTH 敏感 BCI 基因，進行了表達譜分析。結果表明，HvBCI2 基因和 HvBCI7/HvPR13 基因
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本文編號：2884261