小麥條銹菌溫度敏感性及熱脅迫下差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）引起的小麥條銹病是小麥生產(chǎn)上危害最為嚴(yán)重的世界性病害。近年來國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，小麥條銹菌對(duì)高溫的適應(yīng)性在全球氣候變化的大背景下有所增強(qiáng)。本研究利用21個(gè)已知抗條銹病基因的近等基因品系對(duì)2010-2011年小麥生長(zhǎng)季采自6個(gè)省市78株已知溫度敏感性（ET50）的小麥條銹菌群體進(jìn)行毒性鑒定，并利用AFLP技術(shù)對(duì)其進(jìn)行遺傳多樣性分析，明確了小麥條銹菌毒性、遺

2、傳多樣性以及溫度敏感性三者之間的關(guān)系。對(duì)不同溫度耐受類型菌株在熱脅迫條件下的體外萌發(fā)、侵染過程及差異表達(dá)蛋白進(jìn)行了分析，從組織學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)兩個(gè)層面初步闡明小麥條銹菌溫度耐受性的機(jī)制。具體結(jié)果如下：
　　1.小麥條銹菌對(duì)溫度敏感性與毒性及遺傳多樣性關(guān)系
　　利用21個(gè)已知抗條銹病基因近等基因系作鑒別寄主對(duì)條銹菌株進(jìn)行毒性鑒定結(jié)果表明，不同省市小麥條銹菌群體的毒性基因多樣性存在一定差異，甘肅菌株群體毒性多樣性指數(shù)H值最高（0.

3、2693），云南菌株群體最低（0.1504）。遺傳多樣性結(jié)果顯示，6省市小麥條銹菌群體遺傳多樣性指數(shù) H值范圍在0.1255~0.1653之間，遺傳一致度 GI為0.9647~0.9872，遺傳距離 GD為0.0129~0.0360。條銹菌毒性、遺傳多樣性和溫度敏感性三者的相關(guān)性分析表明，條銹菌群體毒性多樣性與平均ET50存在顯著負(fù)相關(guān)，與ET50變異系數(shù)呈正相關(guān)，而與遺傳多樣性沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　2.不同溫度耐受型的小麥條

4、銹菌的生物學(xué)特性
　　選擇不同溫度耐受類型菌株各2株在10℃、15℃、20℃、25℃進(jìn)行體外萌發(fā)差異試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在正常溫度和高溫脅迫下耐高溫菌株的萌發(fā)較不耐高溫菌株更早、萌發(fā)率更高。具體表現(xiàn)為在最適溫度（10±0.3℃）條件下萌發(fā)24 h后，不同溫度耐受類型菌株的萌發(fā)率均能達(dá)到80％以上，但耐高溫菌株要顯著早于不耐高溫菌株，不耐高溫菌株3 h的萌發(fā)率不足10％，而耐高溫菌株在65-80%之間；隨著溫度的升高，不耐高溫菌株的萌發(fā)率顯著

5、下降，25℃條件下萌發(fā)24 h孢子萌發(fā)率不足20％，而耐高溫菌株均在90％以上。
　　對(duì)不同溫度耐受類型菌株在高溫脅迫條件下的侵染過程觀察發(fā)現(xiàn)，菌株接種小麥幼苗24 h后，不同溫度耐受性菌株的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)度存在顯著差異，在10℃下24 h即開始形成吸器母細(xì)胞和吸器結(jié)構(gòu)，但在21℃下沒有發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的形成，說明高溫抑制了條銹菌菌絲的分化從而延遲菌株的侵染過程；隨著時(shí)間的推移，耐高溫菌株菌絲分枝數(shù)、菌落線性長(zhǎng)度、吸器母細(xì)胞和吸器數(shù)在10℃

6、和21℃下的差異較小，而不耐高溫菌株在10℃和21℃下的差異顯著；耐高溫菌株在21℃下48 h-96 h內(nèi)的菌絲分枝數(shù)、菌落線性長(zhǎng)度、吸器母細(xì)胞和吸器數(shù)及其侵染速率都顯著高于不耐高溫菌株，說明在高溫條件下，耐高溫菌株的溫度耐受性及侵染力顯著高于不耐高溫菌株。
　　3.不同溫度耐受型的小麥條銹菌的蛋白質(zhì)組學(xué)差異
　　利用基于同位素標(biāo)記相對(duì)和絕對(duì)定量技術(shù)（iTRAQ技術(shù)）的比較蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)小麥條銹菌耐高溫菌株萌發(fā)階段熱脅迫前后的

7、差異表達(dá)蛋白進(jìn)行研究，共鑒定到2575個(gè)蛋白，其中差異表達(dá)上調(diào)蛋白87個(gè)，下調(diào)蛋白123個(gè)。生物信息學(xué)分析結(jié)果表明，耐高溫菌株熱脅迫后參與氧化應(yīng)激反應(yīng)，超氧自由基的清除血紅素過氧化物酶、過氧化氫酶、硫氧還蛋白還原酶表達(dá)上調(diào)，從而使細(xì)胞內(nèi)氧化還原及生理活動(dòng)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，參與脅迫應(yīng)答反應(yīng)的GTP結(jié)合蛋白YPT1、GTP結(jié)合蛋白YPT3及AGC蛋白激酶表達(dá)也上調(diào)；參與糖酵解途徑的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶表達(dá)上調(diào)，為熱脅迫后的