我国小麦白粉菌群体遗传多样性及耐高温菌株CRT基因的表达研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:czwlivetowin
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小麦白粉病是由专性寄生菌Blumeria graminis f.sp.tritici引起的一种通过气流传播的世界性病害,现已成为我国小麦的主要病害之一,其病原菌具有易变异,传播速度快,分布范围广等特点。在全球气候变暖的趋势下,已发现小麦白粉菌群体出现耐高温菌株。本研究(i)为了明确我国小麦白粉菌群体的区间亲缘关系和区间传播关系,对16省(市)病菌群体的毒性和遗传多样性进行了研究;(ii)为了明确小麦白粉菌的耐高温机制,通过筛选温度敏感菌株和耐高温菌株,并对其高温处理下钙网蛋白基因(Calreticulin, CRT基因的表达量进行了初步研究,可为小麦白粉病的流行预测与防治提供依据。主要研究结果如下:  (1)利用SSR分子标记技术对16省(市)的434个小麦白粉菌菌株进行了遗传多样性研究,结果显示山东病菌群体遗传多态性位点最多,西藏最少。河北小麦白粉菌群体遗传多样性Nei信息指数最高,其次是河南,西藏最低。Shannon信息指数在山东最高,其次是河北,西藏最低。16个省(市)的小麦白粉菌群体的遗传聚类结果表明,病菌群体分为六组,四川、甘肃和青海为一组,安徽、河北、河南、北京、贵州、江苏、湖北、陕西和山东为一组,新疆、西藏、云南和浙江分别为一组,河南与河北小麦白粉菌群体间的遗传距离最近,西藏与云南间的遗传距离最远,病菌群体遗传距离与地理距离有显著的正相关性,说明小麦白粉病菌群体存在着区间交流。  (2)利用29个已知抗白粉病基因的载体品种对我国16个省(市)的434个小麦白粉菌菌株进行了毒性分析,结果发现,(i)参试菌株对Pm3c、Pm3f、 Pm3e、Pm5a、Pm6、Pm7、Pm8和Pm19的毒性频率在80%~100%之间,说明这些基因对小麦白粉病的抗性较差,已不适合在育种和生产上使用;而对Pm12、Pm13、Pm16、Pm21和Pm35的毒性频率小于30%,其中对Pm12的毒性频率小于5%,对Pm21无毒,说明这些基因仍为有效的抗病基因,可以在抗病育种和生产上推广使用;对Pm24、PmXBD和Pm46等的毒性频率在不同省(市)有较大差异,因此这些基因在使用时应该注意合理布局。(ii)16省(市)病菌群体的平均毒性基因数目在不同地区存在差异,浙江最多,江苏次之,贵州最少。山东病菌群体毒性多态性位点最高,新疆最低。河北病菌群体毒性多样性最高,新疆最低。16个省(市)的小麦白粉菌群体的毒性聚类结果表明,病菌群体分为三组,青海、四川、北京、甘肃、云南、河南、河北和安徽为一组,江苏和浙江为一组,山东、湖北、陕西、贵州、新疆、西藏为一组。湖北和陕西的小麦白粉菌群体间的毒性距离最近,新疆和浙江的毒性距离最远,病菌群体的毒性距离与地理距离存在显著的正相关关系,说明小麦白粉病菌群体毒性不但与寄主有关,还与病菌群体间的区间交流有关。(iii)对病原菌群体的遗传多样性和毒性多样性的5个参数进行相关性分析,结果显示,在等位基因数目、有效等位基因数目和多态性位点上存在显著相关性,在Nei信息指数和Shannon信息指数上没有显著的相关关系。  (3)对小麦白粉菌钙网蛋白基因DNA和cDNA全长分析发现,其基因DNA序列全长为1887bp,cDNA全长为1650bp,具有完整的开放阅读框,预测编码549个氨基酸,1-21位氨基酸为信号肽位点,无跨膜区,含有钙网蛋白家族保守结构域。通过对小麦白粉菌温度敏感性的验证,我们筛选出温度敏感性菌株13-1-5-5-1-②、13-10-5-3-①、13-10-5-1-①和耐高温菌株13-14-1-②、13-14-8-2-②、13-10-5-3-②。不同温度敏感型的小麦白粉菌菌株在24℃下处理不同时间后,其CRT基因的表达量结果表明,高温胁迫处理影响钙网蛋白基因的表达。无论温度敏感菌株还是耐高温菌株,在大部分高温胁迫处理时间下,其CRT基因的表达量要高于未经高温处理的表达量。同一菌株处理不同时间CRT基因的表达量有一定差异,但大部分菌株的表达量出现两个高峰期。不同菌株处理相同时间也有一定差异,但总体来看,除敏感菌株13-1-5-5-1-②在热处理1/2h、6h和8h、13-10-5-1-①在处理2h其表达量较高外,其他大多数处理时间均显示耐高温菌株相对表达量要高于或远高于敏感菌株。
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