玉米全基因組NBS類抗病基因的進化及病原菌誘導表達模式分析.pdf

1、植物抗病基因的進化、克隆及其病原菌誘導表達模式分析是微生物與植物相互作用研究的重要內(nèi)容。具有核苷酸結(jié)合位點（NBS）結(jié)構(gòu)的基因，是植物中普遍存在的抗病基因，在植物抵抗各種病原物的襲擊中發(fā)揮重要作用。因此，開展玉米NBS類抗病基因的研究具有重要的理論意義和應用價值。本研究利用生物信息學的方法對玉米全基因組NBS 類基因家族的基因數(shù)量、結(jié)構(gòu)特征、染色體定位、基因復制及其進化關系進行分析，研究了EST數(shù)據(jù)庫表達譜以及小斑病、矮花葉病菌誘導NB

2、S類基因的表達模式，在此基礎上進行基因克隆，獲得如下主要結(jié)果：
　　 1、在玉米基因組中，共發(fā)現(xiàn)了107個具有NBS結(jié)構(gòu)域的基因，并且根據(jù)其N-端和LRR區(qū)域分為四大類，即NBS(N)7個，NBS-LRR(NL)31個，CC-NBS (CN)11個和CC-NBS-LRR (CNL)58個。這107個NBS基因被分別定位在玉米10條染色體上，每條染色體上的NBS基因分布數(shù)量各有差異，部分呈基因簇的形式存在，并且在第10條染色體上最

3、多，有28個基因存在。
　　 2、對玉米107個基因的基序進行分析，并從上述四類NBS基因中分別發(fā)現(xiàn)了15種基序。4個NBS區(qū)域的保守基序P-loop、Kinase2、GLPL和MHD在NL和CNL類NBS基因中都有出現(xiàn)，而在N和CN類NBS基因中不規(guī)律出現(xiàn)。不同類型的NBS基因間保守基序的序列差異性較小，其中Kinase2基序最為保守，在玉米每一類NBS基因中都有發(fā)現(xiàn)。此外，對這107個基因的親緣進化關系的研究表明，同一類型的

4、NBS基因并沒有明顯的成簇現(xiàn)象，而是四種類型交錯出現(xiàn)在進化樹分枝上。
　　 3、將玉米NBS基因與單子葉植物水稻、高粱，雙子葉植物擬南芥、百脈根進行比較發(fā)現(xiàn)，在數(shù)量上，玉米NBS類基因最少，并且與雙子葉植物擬南芥和百脈根相比，玉米NBS類基因缺少TIR基序，與單子葉植物水稻、高粱類似。在染色體定位上,玉米NBS基因與擬南芥、水稻、百脈根相似，呈不均衡分布，而高梁呈染色體末端分布。
　　 在基因復制上,玉米NBS類基因的基

5、因復制數(shù)量少于擬南芥，遠少于水稻，其多基因所占的比例玉米（38.3％）低于擬南芥（46.6％）和水稻（53.7％）；基因簇的數(shù)量玉米（22）少于擬南芥（39）和水稻（104）。此外，將玉米的NBS基因分別與擬南芥、百脈根和高粱基因組中的NBS基因共同構(gòu)建進化樹，發(fā)現(xiàn)玉米NBS基因與高粱的親緣關系最近，與百脈根的相對較遠，與擬南芥的最遠。
　　 4、將已知功能的9個不同植物的NBS基因以及一個玉米抗病基因相似序列與玉米NBS類基因

6、相結(jié)合進行親緣關系分析。結(jié)果表明，ZmNBS3與玉米中的抗銹?。≒ucciniasorghi）基因Rp1有很高的同源性；ZmNBS42與玉米抗病基因同源相似序列RGA4同源性較高；ZmNBS55與高粱中已知的抗根腐?。≒ericonia circinata）
　　 基因Pc以及ZmNBS56與大麥中已知抗葉銹?。≒uccinia triiticina）基因Lr10也有著非常近的親緣關系。這為玉米NBS類抗病功能基因克隆提供了初步

7、依據(jù)。
　　 5、經(jīng)小斑病菌、矮花葉病毒和水楊酸脅迫誘導,NBS類基因的表達呈現(xiàn)出不同的表達水平和表達模式，分析的58個基因有47個基因表現(xiàn)出了轉(zhuǎn)錄活性。在小斑病菌和水楊酸誘導表達模式中，小斑病菌誘導后約73％的NBS基因表達上調(diào),其中ZmNBS7，34，49，62，69，74，85，86，91，102和103在兩種誘導中均表達上調(diào),而ZmNBS56,55，51，48，42和27只表現(xiàn)小斑病病原菌誘導上調(diào)。在矮花葉病毒誘導中，Z

8、mNBS39，49，56，61，62，65，74，77，91和103呈現(xiàn)誘導表達上調(diào)，且ZmNBS39,56,61,62,91上調(diào)敏感性較強。ZmNBS49,56,62,74,91在兩種病原菌誘導中均表達上調(diào)，ZmNBS42，55和ZmNBS39，77分別表現(xiàn)出對小斑病菌誘導和對矮花葉病毒誘導的特異性上調(diào)。
　　 利用玉米EST文庫對107個NBS基因分析,得到77個NBS基因在不同組織：芽、根、穗絲、穗、胚乳以及混合組織中的多

9、樣表達模式，發(fā)現(xiàn)在病原物誘導中，在葉片中未檢測到表達的11個基因中的ZmNBS25,52,79和99在不同組織EST庫中均未檢測到,其它在非葉子組織中表達。
　　 6、綜合玉米NBS基因與作物已知功能NBS基因親緣關系分析和小斑病、矮花葉病菌及水楊酸誘導表達分析，ZmNBS3,ZmNBS42,ZmNBS55,ZmNBS56,ZmNBS39和ZmNBS77可作為重要的抗病候選基因，選擇ZmNBS56作為候選基因，從自交系B73中克