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基于代谢组学策略研究大麦叶锈病数量抗性位点Rphq2的抗性机制
Alternative TitleMetabolomics Approach to Studying the Quantitative Resistance Mechanism of Rphq2 to Leaf Rust in Barley
王丽娟
Subtype博士
Thesis Advisor漆小泉
2011
Degree Grantor中国科学院植物研究所
Keyword大麦 数量抗病性 代谢组 抗病机制
Abstract植物数量抗病性由多个微效基因控制,通常表现为发病程度轻、进程慢,在生产上这种抗性一般更具持久性。但是,目前关于数量抗病性机理的报道还相对较少,解析植物数量抗病性机制,对于深入理解植物的持久抗病性,推动数量抗病基因在作物遗传育种中的应用具有重要意义。 早期研究表明大麦对叶锈病的部分抗性的感病株系L94 与抗病品种Vada 的差别由3 个主效数量性状位点(QTL),即Rphq2、Rphq3 和Rphq4 控制。本文以这3 个QTL 的两套(L94 和Vada 为遗传背景)近等基因系为材料,调查了它们在大麦不同发育阶段的抗性表达模式,发现Rphq2 的抗性主要表现在第1 叶和第2 叶;Rphq4 从第3 叶开始表现抗性,4 叶期以后效应明显,旗叶效应最大;Rphq3 在整个生育期都表现抗性。Rphq2 和 Rphq4 在不同发育阶段的抗性变化发生在第3 叶,即分蘖开始期。这些结果表明,植物的数量抗病性与发育存在互作,数量抗病基因的表达受植物发育阶段的影响,其中分蘖期是植物抗病性的转变的重要时期。 同时,应用代谢组学的分析方法研究了苗期主效QTL Rphq2 的一对近等基因系以及L94 和Vada 的发病过程中代谢物全谱的动态变化。基于GC-TOF/MS,对一系列时间点内接菌和不接菌的L94、L94-Rphq2、Vada 和 Vada-rphq2 进行分析。采用正交偏最小二乘法(OPLS-DA)进行模型判别,结合单维统计分析,鉴别出近等基因系和背景亲本之间的差异物质有蔗糖、丝氨酸、豆甾醇、肌醇、异亮氨酸和谷氨酸等代谢物,携带Rphq2 抗性等位位点的材料中这些代谢物含量较高。这些物质可以作为Rphq2 抗性位点潜在的代谢标志物。 代谢谱分析发现,接菌后4 个大麦实验材料中葡萄糖和果糖等呼吸作用和能量代谢底物、莽草酸和苯丙氨酸等酚类和黄酮类抗菌物质的前体以及各种氨基酸的含量均明显升高,表明接菌后植物的呼吸作用增强,能量代谢加快,氨基酸合成和次生代谢物合成加快。 接菌后,携带Rphq2 的近等基因系和背景亲本以及携带rphq2 的近等基因系和背景亲本的代谢谱均明显分离,接菌时间越长差异越明显。Rphq2 和rphq2的两个近等基因系以及L94 和Vada 中锈菌的潜伏期、早期放弃侵染点比例以及次生菌落数的表型数据与差异代谢物的相关分析发现脂肪酸代谢途径中的多个代谢物,如棕榈酸、棕榈油酸、油酸、亚油酸和亚麻酸的含量与是否携带Rphq2抗性位点存在极显著的相关性,接菌早期携带Rphq2 的植株中上述脂肪酸类代谢物的含量与携带rphq2 的植株相比,显著降低,表明Rphq2 位点控制的抗病性可能与脂肪酸合成途径有着特异的直接关联性。 进一步的细胞学观察发现H2O2 的积累与Rphq2 位点无显著相关性。激素代谢相关基因表达及激素含量测定数据表明参与水杨酸和茉莉酸合成的关键酶的基因表达与Rphq2 位点无关,接菌后水杨酸和茉莉酸的含量也无显著变化。有趣的是编码脂肪酸合成酶的多个基因接菌后表达量明显上调,并且接菌早期携带Rphq2 位点的材料中这些基因表达量上调幅度显著低于携带rphq2 位点的材料。 综上所述,Rphq2控制的大麦叶锈病数量抗性不依赖于水杨酸和茉莉酸抗病信号途径,而是与脂肪酸合成途径中的代谢物含量有关。这些脂肪酸类化合物可能作为信号分子参与Rphq2控制的抗病反应,或者作为菌丝生长所需的营养成分,在携带感病位点rphq2的植株中促进锈菌的生长发育。
Pages129
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/11914
Collection中科院植物分子生理学重点实验室
Affiliation中国科学院植物研究所
First Author AffilicationInstitute Of Botany,The Chinese Academy Of Cciences
Recommended Citation
GB/T 7714
王丽娟. 基于代谢组学策略研究大麦叶锈病数量抗性位点Rphq2的抗性机制[D]. 中国科学院植物研究所,2011.
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