花椰菜抗黑腐病相关基因的克隆及其在抗病育种中的应用

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花椰菜是十字花科芸薹属甘蓝种中以花球为产品的一个变种,具有重要的经济价值。但在栽培过程中,黑腐病的大流行会使蔬菜品质严重下降,造成大幅度减产,使得针对该病成因及预防的研究成为科学家关注的热点。但是目前对植物抗黑腐病的研究进展主要集中在该病的遗传规律,以及对致病菌侵染的应答模式等方面,而在分子水平上对于抗黑腐病基因的研究却很少。本论文通过筛选抗黑腐病基因相关分子标记,同时结合电子克隆技术寻找候选的抗病基因,该研究对推进防治黑腐病的进程具有重要理论意义和应用价值。本文以花椰菜抗感黑腐病一对近等基因系为实验材料,在抗黑腐病基因筛选的研究中,首次将ISSR分子标记与电子克隆技术相结合,获得一个与花椰菜抗黑腐病相关候选基因BRR-C,然后采用Southern杂交技术证明了BRR-C在抗、感花椰菜黑腐病材料中的多态性。进一步将RT-PCR技术与RQ-PCR技术相结合,相应于菌体胁迫前后以及时间长度的变化,在抗、感花椰菜黑腐病材料中观察到与预期相符的BRR-C表达趋势,从而推测BRR-C很可能参与了花椰菜抗黑腐病的防卫机制,并对BRR-C可能参与的抗病机制进行了探讨。同时根据ISSR分子标记及BRR-C序列设计了三对SCAR标记引物,这对分子标记技术辅助抗性育种的应用具有重要意义。主要结果如下:   ⑴应用ISSR分子标记技术,从近等位基因系材料中筛选得到了两条差异明显且重复性好的条带,即ISSR21200,ISSR17800。经过克隆测序后分析发现,ISSR17800与Brassica napus vat.napus的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AJ245479)具有93%的同源性;而ISSR21200与拟南芥中的一段EST序列(AK228713,hypothetical protein)有85%的同源性。   ⑵利用分子标记ISSR21200作为种子序列,通过电子克隆技术获得抗黑腐病候选基因BRR(black rot resistance candidate genes)。随后依据BRR设计特异引物,在花椰菜基因组中分离到1条候选基因BRR-C(black rot resistance candidategenes of cauliflower),经过克隆测序后分析发现,该序列全长2204bp,包含2个外显子和2个内含子,共编码484个氨基酸,与拟南芥逆转录转座子的逆转录酶基因存在高同源性。   ⑶采用Southern杂交技术,将BRR-C与抗、感花椰菜黑腐病基因组进行杂交,结果表明BRR-C在抗、感病性材料中存在明显多态性,并且在花椰菜基因组中以低拷贝形式存在。   ⑷依据BRR-C含有的保守序列设计一对特异引物,进行RT-PCR分析,结果表明BRR-C在胁迫条件下表达丰度提高。随后以不同时间段XCC胁迫的近等位基因系为材料,进行RQ-PCR(real-time-quantimtive PCR)分析,结果表明花椰菜中BRR-C的表达确实受到XCC的诱导。因此,我们认为BRR-C参与了花椰菜抗黑腐病的防卫机制,这为进一步克隆花椰菜抗黑腐病基因提供了可靠的候选基因。   ⑸依据ISSR分子标记及BRR-C序列设计了三对SCAR引物,即TA1-2,TB1-2,TC1-2,设计片段长度分别为1200bp,1700bp,400bp。试验以花椰菜近等基因系以及大田中20个品系的花椰菜为材料进行检测,结果表明这三对SCAR标记引物具有很好的特异性,从而首次成功地将ISSR标记转化成了SCAR标记。这进一步拓宽了分子标记技术在辅助抗性育种中的应用,并且为花椰菜抗黑腐病品种的培育提供了快速检测手段。
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