小麦防御纹枯病、根腐病反应所需的2个转录因子的研究

【作者】 张增艳； 董娜； 刘欣； 祝秀亮； 魏学宁； 杜丽璞； 徐慧君； 周淼平； 蔡士宾；

【机构】 中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业部麦类生物学与遗传育种重点实验室； 江苏农业科学院；

【摘要】 近年来,纹枯病、根腐病等土传病害已成为制约我国小麦高产、稳产的重要因素之一。我们通过基因芯片分析,从抗病小麦中分离了一个受禾谷丝核菌诱导表达的ERF1编码基因TaPIE1和一个受根腐病菌诱导表达的R2R3-MYB编码基因TaPIMP1,并研究了其表达、生化特性和抗病功能。TaPIE1基因在抗纹枯病小麦材料中的表达水平显著高于在感纹枯病小麦的表达水平;生化特性分析结果表明,TaPIE1定位于细胞核、与GCC-box顺式元件特异结合、具转录激活活性;利用BSMV病毒介导的基因沉默技术沉默抗病小麦中TaPIE1基因,从而降低了该小麦植株对纹枯病抗性,说明TaPIE1是小麦防御纹枯病反应所需的;而TaPIE1过表达提高了转基因小麦株系对纹枯病的抗性;基因芯片和荧光定量PCR分析结果表明,一些ROS清除酶、乙烯合成相关基因和防卫基因在TaPIE1基因过表达株系中上调表达,而在TaPIE1基因沉默表达植株中下调表达,这些结果说明TaPIE1通过调控ROS清除酶和乙烯路径上的防卫基因的表达水平正向调控小麦对纹枯病的抗性反应。TaPIMP1表达受根腐病菌、干旱、外源SA和ABA的诱导;其编码蛋白具有细胞核定位、与MYB结合元件结合以及转录激活活性的特性;TaPIMP1超量表达显著增强了转基因小麦对根腐病、干旱逆境的抗性,而TaPIMP1 RNA干扰后显著降低转基因小麦对上述逆境的抗性,说明TaPIMP1是小麦防御根腐病、干旱逆境反应所需的。利用基因芯片从全基因组水平研究TaPIMP1调控的小麦基因表达谱,利用Q-RT-PCR进一步验证表明,TaPIMP1显著上调一些逆境响应和防卫基因的转录,后者受根腐病、干旱、ABA和SA等诱导。据此我们提出TaPIMP1作用机理假说:TaPIMP1是ABA-和SA-信号途径交互作用元件,转录激活这些路径上一些逆境响应和防卫基因,进而正向调控小麦对根腐病菌和干旱等防御反应,为揭示小麦抗根腐病和抗旱机制奠定了基础。更多还原