叶锈菌侵染早期TcLr19 SSH文库构建及ESTs序列分析

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小麦叶锈病是世界上小麦生产上的主要病害之一,目前由于缺乏相应的技术手段,对该分子水平上的研究主要局限于克隆个别抗性基因和蛋白的功能上,缺少从整体上把握小麦对叶锈菌抗性反应的相关报道。本研究采用具有高度抗叶锈性的小麦单基因系TcLr19,克服了其他小麦品种遗传背景复杂的缺点,利用抑制性差减杂交技术(SSH)富集叶锈菌侵染小麦叶片初期的差异表达基因,构建SSHcDNA文库,对接种叶锈菌后小麦叶片中基因表达情况进行探索。   利用小麦抗叶锈单基因系TcLr19与叶锈小种366组成不亲和组合,利用组织化学方法,对接种后不同时间点叶锈菌小种的发育和小麦单基因系TcLr19的HR反应发生面积进行观察,发现绝大部分叶锈小种在接种4h后形成附着胞,接种8h后发育出气孔下囊泡,16h后叶片开始产生HR反应造成的细胞死亡,而24h的细胞死亡面积逐渐扩大。   接着对接种366后的不同时间点TcLr192种防御酶——苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(PO)——的活性变化进行测定。结果表明,伴随着叶锈菌的侵染,TcLr19接种不亲和叶锈小种366后PAL、POD酶活性在24h时普遍达到高峰这说明小麦抗叶锈的HR反应的信号转导和相关基因的诱导产生在24h之前。因此,结合实验室前期研究结果确定小麦抗叶锈近等基因系TcLr19的HR反应早期时间点为4h,8h和16h。   利用SSH技术,构建叶锈菌诱导不同时间点4h,8h和16h的叶锈菌侵染早期小麦抗叶锈近等基因系TcLr19的3个SSH文库,共获得阳性克隆3049个,其中,4h文库中包含阳性克隆514个,8h和16h文库中分别含有1198和1137。对得到的阳性克隆全部采用反式Northern检测筛选得到差异表达明显的384个克隆并测序,结果表明:共计305条ESTs序列与已知基因或EST。相似性较高,占总数的82.7%,拼接并去除冗余序列后不同时间点的文库中分别得到可匹配序列分别为22条、66条和98条,没有找到同源序列的EST数分别为10、22和16条。这些已知功能的基因包括信号转导相关基因、代谢相关基因、转录因子、光合作用相关基因、转运相关蛋白、蛋白质合成,细胞发育和结构相关基因等种类。其中假定的抗病/防御基因33条;12条参与信号转导的基因,11条与转录有关的基因,蛋白合成相关的基因11个,转运相关的基因9个;与细胞结构有关的基因10个;与细胞结构和分裂/生长相关的基因10个;参与次级代谢的基因18条。光合作用与能量代谢有关基因所占比例最高,占不重复EST的26%。出现频率最高的基因分别为:ribulose1,5biphosphatecarboxylase/oxygenase大亚基、psbA基因等。   4h文库中得到的已知基因功能的序列中,涉及到蛋白质合成与光合作用的基因占得比例较高;而在8h文库中,各种类型的功能基因数目增多,较多的抗病信号相关基因和抗逆和次生代谢相关基因开始表达;由于16h时早期HR反应完成,植物已经对胁迫产生了适应性,在此时涉及到的谷胱甘肽—S—转移酶等抗病相关基因等开始出现。   克隆得到一条在接种后4h文库显著表达的wLR4h35的小麦过敏性反应诱导蛋白基因全长cDNA序列,该序列编码区为471bp,编码156个氨基酸,测序结果表明为小麦核糖体蛋白S7。利用荧光定量PCR技术(QRT-PCR)对该基因在HR反应早期表达情况进行测定发现:该基因在接种4h时表达量最高,在24h时的表达量与对照没有差异。最后,利用原核表达技术对该基因的功能进行了初步研究。
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