精胺代謝相關(guān)基因在棉花抗黃萎病中的功能

1、精胺代謝相關(guān)基因在棉花抗黃萎病中的功能棉花是世界重要的經(jīng)濟(jì)作物。棉花黃萎病是嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)的土傳維管束病害。挖掘棉花抗黃萎病相關(guān)基因、解析其抗病機(jī)制對(duì)于棉花抗黃萎病遺傳改良具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)室前期篩選黃萎病菌誘導(dǎo)的陸地棉抗病品種SShft庫及海島棉cDNA文庫獲得了非常重要的差異表達(dá)基因，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)了多胺新陳代謝途徑基因的富集,通過實(shí)時(shí)熒光定量技術(shù)分析多胺途徑基因在黃萎病菌脅迫下的表達(dá)模式,發(fā)現(xiàn)多胺氧化酶基因GhPAOS-腺甘甲硫胺酸脫竣酶基因GhSAMDC精胺合成酶基因GhSPMS口熱精胺合成酶基因GhACL5t黃萎病抗性關(guān)系最密切,因此研究棉花PAO/SAMDC/SPMS/ACL

2、里萎病菌脅迫下的功能及抗病分子機(jī)制,將為解析抗黃萎病機(jī)制提供理論依據(jù)。主要包含以下幾方面的研究內(nèi)容:(1)利用病毒介導(dǎo)的基因沉默技術(shù)干擾棉花內(nèi)源PAO/SAMDC/SPMS/ACL51達(dá)，研究對(duì)黃萎病抗性的影響及關(guān)聯(lián)的底物、產(chǎn)物變化;(2)利用擬南芥進(jìn)行基因的過表達(dá)操作,研究對(duì)黃萎病抗性的影響,從分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、生理生化和表型水平解析抗病分子機(jī)制;(3)通過分析不同抗感棉花品種在黃萎病菌脅迫下的多胺含量變化及多胺對(duì)黃萎病菌生長的體外抑制效應(yīng),解析多胺水平與棉花黃萎病抗性的關(guān)系。獲得主要結(jié)果如下:1、GhPAO轉(zhuǎn)基因擬南芥表現(xiàn)出增強(qiáng)的黃萎病抗性,伴隨降低的植株體內(nèi)黃萎病菌的生物量、病癥，顯著

3、提高了黃萎病菌脅迫進(jìn)程中的PAOB活水平、底物腐胺、亞精胺和精胺、產(chǎn)物過氧化氫、激素水楊酸及植保素camalexin水平,并且調(diào)動(dòng)了擬南芥內(nèi)源多胺新陳代謝的14個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)上調(diào)。另外,精胺和水楊酸能誘導(dǎo)擬南芥內(nèi)源多胺新陳代謝14個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)上調(diào)。2、GhPAOM有典型的FAD-specific吸收光譜，最適pH為8.0，最適溫度為40度,最適底物為精胺，GhPAO催化精胺的部分反向轉(zhuǎn)化。外源腐胺、亞精胺、熱精胺和精胺都能顯著的抑制黃萎病菌菌絲、孢子及菌落的生長,并且精胺的抑制效果最為卓越。在接種黃萎病菌前的20個(gè)抗、感棉花品種中的多胺水平無明顯的規(guī)律,但是在接種黃萎病菌以后,10個(gè)抗病

4、的棉花品種中的腐胺、亞精胺和精胺含量均明顯高于10個(gè)感病的棉花品種。3、在棉花和擬南芥中精胺積累能有效誘導(dǎo)植保素camalexin的積累,并且精胺能誘導(dǎo)植保素camalexin途徑關(guān)鍵基因絲裂原激活蛋白激酶及細(xì)胞色素P450氧化酶的表達(dá)上調(diào)。另外,植保素camalexin對(duì)黃萎病菌的生長也具有顯著的抑制作用。沉默GhPAOfg棉花表現(xiàn)感病，并伴隨升高的病情指數(shù)，及受損的腐胺、亞精胺、精胺、過氧化氫和植保素camalexin水平,GhPAO過Spm?口camalexin信號(hào)參與植物抗性反應(yīng)。4、負(fù)責(zé)精胺合成的關(guān)鍵基因GhSAMDCGhSPMSS抗病的棉花材料中受黃萎病菌和植物激素誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)，沉默棉花的GhSAMDC；GhSPMS寸黃萎病侵染表現(xiàn)出感病性，外源添加精胺使基因沉默的棉花抗性增強(qiáng)。在擬南芥中過表達(dá)GhSAMDC1強(qiáng)了黃萎病抗性，伴隨精胺、水楊酸和亮氨酸的積累。轉(zhuǎn)GhSPMS以南芥對(duì)黃萎病彳！染表現(xiàn)為感病，接菌后腐胺和水楊酸信號(hào)表現(xiàn)受損。5、GhACL5t抗病棉花品種接種黃萎病菌后被快速誘導(dǎo)，但在感病棉花品種中表達(dá)波動(dòng)不大。另外,GhACL5能有效的響應(yīng)植物激素水楊酸、茉莉酸和乙烯的誘導(dǎo)。沉默GhACL5使棉花表現(xiàn)感病，并伴隨升高的病情指數(shù)。沉默棉花GhACL5使棉花植