论文部分内容阅读
相似穿孔线虫[Radopholus similis(Cobb,1893)Thorne,1949]是一种毁灭性的迁移性内寄生植物病原线虫,广泛分布于热带、亚热带地区,除了严重为害香蕉(Musa spp.),成为目前世界香蕉产量损失的主要原因之外,还严重为害柑橘(Citrus spp.)和胡椒(Piper nigrum)、花卉等多种农业作物和园艺作物。施用杀线剂是目前普遍采用和比较有效的防治相似穿孔线虫的方法。但是,杀线剂等化学农药给环境带来的负面影响,使得化学防治方法受到了越来越多的质疑和限制,而农业防治和物理防治方法又存在一定的局限性。因此,探索研究防治相似穿孔线虫的新策略和新途径已成为研究热点。 植物线虫食道腺分泌物蛋白和由体壁分泌或与体壁相关的一些蛋白,与线虫的致病性密切相关,在克服寄主植物防御,致使寄主植物发病中起着重要作用。对这些与致病相关的分泌物蛋白基因,进行克隆和功能研究,对于揭示植物线虫侵染寄生植物的过程和机制,在此基因上进一步探索防治相似穿孔线虫的新途径,具有重要意义。因此本研究在测定了两个寄主不同的相似穿孔线虫种群的繁殖力和致病力存在差异的基础上,运用抑制性差减杂交技术(SSH),构建了相似穿孔线虫基因差异表达文库,结合反向Northern blot杂交技术和生物信息学分析,获得分别和β-1,4-内切葡聚糖酶基因(β-1,4-endoglucanase gene,eng)和脂肪酸和维生素A结合蛋白基因(fatty acid and retinol binding protein gene,far)相似的基因片段,应用RACE技术克隆和测序获得这两个基因(Rs-eng-lb、Rs-far-1)的全长cDNA及其序列,并对Rs-far-1进行了基因序列和编码氨基酸序列分析,对Rs-far-1基因编码蛋白进行组织定位。然后,对这两个基因的表达进行定量测定(qPCR);运用dsRNA液浸泡的RNAi技术研究这两个基因与相似穿孔线虫繁殖力和致病力的关系,以及Rs-far-1基因与寄主植物防卫反应相关的二烯氧化物合酶(allene oxide synthase,AOS)基因的关系。主要获得以下结果: 1.对寄主植物分别为孔雀竹芋(Calathea makoyana)和绿宝石喜林芋Philodendron cv.‘Green Emerald’)的相似穿孔线虫2个种群Rs-C和Rs-P进行的繁殖力和致病力测定结果表明,Rs-C种群的繁殖力和致病力均显著大于Rs-P种群。从以这两个种群为材料构建的SSH文库中,获得124个有差异的克隆,测序成功112个,最后得到87条差异表达序列,其中有5个ESTs片段与Rs-eng-1b基因(EU414839)相似;有2个ESTs片段与马铃薯白线虫(Globodera pallida)的脂肪酸和维生素A结合蛋白基因Gp-far-1(Y09293)相似。 2.获得的相似穿孔线虫Rs-eng-1b基因和脂肪酸和Rs-far-1基因的序列全长分别为1427 bp和587 bp。Rs-far-1基因编码蛋白的ORF共558个核苷酸,编码186个氨基酸,编码蛋白的分子量约为20814.1。 3.Rs-eng-1b和Rs-far-1基因在致病力高的相似穿孔线虫Rs-C种群的表达量均大于在致病力相对低的Rs-P种群;这两个基因在Rs-C种群的4种不同虫态的表达量,雌虫最高,表明这两个基因可能与线虫的致病相关。 4.Rs-eng-1b基因和Rs-far-1基因分别被沉默的相似穿孔线虫,在胡萝卜愈伤组织上培养繁殖量和对红掌的致病力显著低于未经RNAi处理的野生型线虫和经M9buffer处理相应时间的线虫,进一步直接证实了这两个基因与相似穿孔线虫繁殖和对寄主的致病力相关。 5.利用原位杂交技术对Rs-far-1基因的表达产物进行组织定位结果表明,Rs-far-1基因编码蛋白定位于线虫真皮层。 6.将Rs-far-1基因进行沉默处理的和野生型的相似穿孔线虫,分别接种拟南芥(Arabidopsis thaliana),在线虫侵染初期,两种接种处理拟南芥的AOS酶基因的表达均上调,在达到一定高度后均又回调到与未接线虫的空白对照植株相近水平。之后,野生型线虫侵染的拟南芥,该基因进一步下调到显著低于对照株,并保持显著低于对照株的水平;而经沉默处理线虫侵染的拟南芥,该基因则又上调到显著高于对照株的水平,并保持高于对照株的水平。证明了Rs-far-1基因参与了拟南芥的AOS基因表达的调控。 因此,本研究从用相似穿孔线虫表型差异种群构建的SSH文库,获得了Rs-eng-1b基因;同时首次克隆了Rs-far-1基因,证明了该基因编码蛋白定位于线虫的真皮层;并通过定量检测以及RNAi技术结合接种致病性测定和胡萝卜愈伤组织培养的方法,证实了这两个基因在相似穿孔线虫侵染致病过程中发挥重要作用,初步证实了Rs-far-1基因参与植物AOS酶基因表达的调控。本研究结果,为进一步研究和了解这些基因在相似穿孔线虫侵染致病过程中的作用机制奠定了基础;对从分子层面上揭示植物线虫的致病机理,探讨利用植物线虫致病相关基因建立防治植物线虫的新途径具有重要意义。