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辣椒(Capsicum annuum L.)属茄科辣椒属植物,别名番椒、辣茄、海椒、辣角、辣子、菜椒等,在我国栽培面积约150万hm2,栽培面积居蔬菜的第二位,消费人群高达5亿。辣椒白粉病是辣椒的重要病害之一,它是由专性寄生真菌——鞑靼内丝白粉菌(Leveillula taurica(Lev.) Arn.)侵染引致。该病害是一种世界性辣椒病害,主要为害辣椒叶片,影响光合作用,也侵染果实,从而导致产量降低。20世纪90年代初该病开始危害严重,现遍及世界各个辣椒种植区,严重影响了辣椒的生产。 辣椒生产上白粉病带来的窘境,促使人们对控制辣椒白粉病方法进行研究,其中最为突出的是抗病品种和诱导抗病性的利用。长期以来人们对辣椒白粉病的研究和探讨主要集中在病菌的鉴定、分类、化学药剂防治等方面,而在辣椒本身的抗病遗传特性、辣椒白粉病抗病性相关基因的种类、数量及其表达调控等方面还不清楚。 为此,本研究利用抑制差减杂交技术: (1)构建了壳寡糖诱导的辣椒抗白粉病早期SSH文库; (2)构建了辣椒白粉菌侵染的辣椒早期SSH文库。 对两个文库的序列进行了功能注释和分类,初步探明了壳寡糖诱导后辣椒早期抗白粉病基因表达情况,以及白粉菌胁迫下辣椒的早期基因表达情况,并对筛选到的抗病相关基因进行了克隆,为从分子水平阐明辣椒的抗病机制(诱导抗病机制)奠定基础。为进一步深入开展白粉病的抗病机制(诱导抗病机制)研究及利用抗性资源进行抗病品种选育奠定基础。主要研究结果如下: 1、以感病辣椒品种遵义朝天椒为材料,探明了壳寡糖诱导辣椒对白粉病的诱导抗病性表达规律。通过实验结果表明:25~125μg/mL壳寡糖叶面喷雾处理辣椒植株后均有明显的诱导效果,其中以50μg/mL的诱导效果最显著,防效达81.27%;壳寡糖处理后,辣椒对白粉性的诱导抗病性表达的迟滞期为处理后1d;且壳寡糖诱发辣椒对白粉病的抗性具有系统性。 2、测定了不同处理的辣椒叶片中的防御酶活性。壳寡糖处理后的辣椒叶片均有不同程度提高,所测酶系的活性,尤其是PPO、POD、PAL活性提高显著,与壳寡糖诱导辣椒的抗病性呈正相关。说明辣椒对外源壳寡糖的反应与对病原菌侵染的反应相似,诱导处理可产生系统的信号,形成辣椒对白粉病的系统获得性抗病性,防御酶活性的提高与诱导抗病性密切相关,可能直接参与了抗性的表达。同时显示,抗性材料8058相关酶活性较感病材料提高显著,说明防御酶活性与辣椒抗病性呈密切的正相关关系。 3、采用整体组织透明法和荧光染色法对壳寡糖诱导的辣椒抗白粉病性(及8058接种白粉菌后)进行了组织病理学观察。研究发现:壳寡糖和抗性材料8058不影响白粉病菌孢子萌发,也不影响附着胞的产生,而是有效控制了白粉菌菌丝扩展速度(包括分枝数减少),同时发现菌丝48h后开始侵入,可从气孔侵入,也可直接侵入。采用整体组织透明法和荧光染色法均可获得较好的观察效果,但随着接种时间的推延,荧光染色法观察效果更理想。 4、以感病的遵义朝天椒(遵椒1号)为试验材料,构建了壳寡糖诱导的辣椒抗白粉病早期SSH文库,共得到189条高质量ESTs。经DNAStar软件拼接后获得67个Contigs,功能注释和分类后发现,在已知功能的Unigenes中,以细胞自救与抗病防御类最多,占27%;能量和基础相关的基因,占25%;蛋白质加工和合成、细胞转运相关基因,均占7%;信号转导、转录因子均占3%;细胞结构各占1%,还有25%的未知功能Unigenes,包括未知功能蛋白和在非冗余蛋白数据库中无显著匹配的序列。对SSH文库中获得的抗病相关基因进行了分析,推测锌指家族蛋白、AGO4、抗真菌蛋白、过氧化氢酶等参与了辣椒的主要抗病过程;过敏性反应辅助蛋白、金属硫蛋白等可能也在抗病过程中发挥作用。另外,阴离子转运蛋白等大量存在,推测它们可能与过敏性坏死反应早期的离子流有关。 5、构建了辣椒白粉菌侵染的辣椒叶片早期SSH文库,通过测序和拼接,除去冗余序列共得到518条EST序列,拼接得到90个Contigs,经Blast比对和功能注释、分类,发现在所有的Unigenes中,未知功能蛋白和Blastx比对后没有显著匹配的序列(no match)为第一大类;占26%;细胞自救与抗病防御、能量与代谢相关的基因两者为第二大类,均占21%;细胞转运类占10%;细胞结构占9%;蛋白质合成与加工占7%;细胞生长、信号转导、转录因子均占2%。在能量和基础代谢类中,参与光合作用及叶绿体结构组成的基因最多,如叶绿素a/b结合蛋白、质体系醛缩酶等基因出现的频率较高;在抗病与防御类基因中,甲壳质结合蛋白、非特异的脂质转移蛋白前体(与细胞自救、死亡有关)、热激蛋白家族、抗真菌蛋白等基因均存在,此外,还发现一些与非生物胁迫有关的基因,如金属硫蛋白、MLO1等;细胞转运类基因中,转移糖基基团蛋白基因等基因出现频率较高;信号转导类基因包括蛋白激酶(protein kinase 2 beta chain)等,细胞生长类基因包括延伸因子(elongation factor 1-alpha-like protein)等。 6、通过RACE方法,在白粉菌诱导的辣椒8058材料中分离了Contig5的全长基因,该基因全长775bp,开放阅读框为477bp,编码158个氨基酸,在NCBI的核苷酸数据库中进行Blastn比对,发现其与辣椒的cytoplasmic small heat shock protein classI基因同源性达到100%,期望值为1e-87,另外还与番茄病程相关蛋白(Lycopersicon esculentum PR)相似性较高,达90%以上。利用DNAstar对contig5编码的蛋白理化特性进行分析表明:该蛋白的等电点为8.3,该蛋白12位左右有个典型的疏水性区域。利用Scan Prosite工具对其结构域进行分析,显示:氨基酸序列的115~125(RHYTQVVWrnS)位,141~152(FIsCNYdPvGNW)位为该蛋白家族成员特有的结构域。 7、对部分抗病相关基因进行了RT-PCR和Northern验证,发现供试基因在不同时间点的表达量差异较大,但在接种辣椒白粉菌后36~48h,表达量最高,是辣椒表现抗病性的关键时间段。 本研究获得的数据(ESTs),为揭示辣椒诱导抗病性的机理奠定了一定的基础,这有助于提高我们对辣椒与白粉菌互作本质的认识,并且有些EST将可能被转化为分子标记进行辣椒抗白粉病的标记辅助育种,也有益于辣椒抗病育种工作的开展。