ZmCCR1基因对玉米大斑病的抗性机制研究

【作者】 祁泽潭； 黄宇飞； 高增贵；

【机构】 沈阳农业大学植物保护学院；

【摘要】 玉米大斑病(Northern corn leaf blight, NCLB),是由凸脐蠕孢菌(Setosphaeria turcica)侵染导致的玉米叶部病害。姊妹系是来源于同一亲本组合的同胞自交系,其遗传背景绝大部分相同,只有少数性状不同,具有遗传稳定性高、同质性强、重复性好等优点。本研究用到的玉米姊妹系NDX206和NDX201除对玉米大斑病的抗性不同外,其他性状均基本相同。对该玉米姊妹系做接菌处理,于未接菌(0 h)、接菌后12 h采样,通过转录组数据分析筛选出该姊妹系之间的差异表达基因,探究目标基因功能及其对玉米大斑病发病初期的抗性机制。转录组结果显示:NDX206在接菌12 h后共有7 327个DEGs上调, 2 935个DEGs下调,而NDX201在接菌12 h后共有6 866个DEGs上调, 1 609个DEGs下调,说明这些DEGs都响应了凸脐蠕孢菌的侵染。我们继续对比了NDX206 12 h vs NDX206 0 h和NDX201 12 h vs NDX201 0 h两个比较组中的数据,共筛选出6 440个共有的DEGs。这表明有大量的基因参与了抗病品系和感病品系的转录重编程。这6 440个共有DEGs中上调的基因显著富集于"免疫效应过程""二萜类生物合成""植物-病原体相互作用""MAPK信号通路"等免疫相关通路。证明两品系的免疫系统在凸脐蠕孢菌的侵染下均被激活。相比之下,下调基因在"光合作用""光合作用-天线蛋白""光合生物中的碳固定"等能量代谢途径富集。这一结果与植物免疫与生长之间的权衡是一致的。经过筛选确定了11个与NDX206抗大斑病有关的候选基因。其中有肉桂酰辅酶A还原酶1 (ZmCCR1)和肉桂酰辅酶A还原酶2 (ZmCCR 2)。肉桂酰辅酶A还原酶是木质素合成中的一个关键酶。通过VIGS沉默验证ZmCCR1和ZmCCR2对玉米大斑病的抗性,筛选出ZmCCR1的上游转录因子,并验证其功能。以上研究为探寻玉米大斑病的新型抗性机制奠定了基础,为防治玉米大斑病和抗病品种选育提供了有效参考。更多还原