溃疡类病菌影响杨树光合生理及分子机制研究

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杨树溃疡类病害是限制杨树人工林发展的主要病害。研究发现,杨树溃疡类病害发生后,可显著抑制杨树的光合作用。然而,该类病害抑制杨树光合作用的生理和分子机制尚不明确。本研究以新疆杨-病原真菌(溃疡病菌Botryosphaeria dothidea和烂皮病菌Valsa sordida)为试验体系,分析病菌胁迫对新疆杨叶部光合特征、叶绿素荧光特性、气孔特征、水碳代谢、激素水平以及基因表达的影响,解析溃疡类病菌影响寄主植株叶部光合碳同化的具体生理和分子机制。主要结果如下:(1)研究发现:烂皮菌和溃疡病菌胁迫早期,新疆杨叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)以及叶绿素荧光参数均显著降低。气孔限制分析表明,烂皮病菌胁迫下Pn的降低主要由非气孔因素引起,而溃疡病菌胁迫下Pn的降低主要由气孔因素引起,说明两种病原真菌胁迫早期对新疆杨光合的限制途径不同。(2)在本研究中,烂皮病菌胁迫导致新疆杨叶片气孔导度、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)均显著降低,水汽压亏缺(VPD)显著上升,而叶柄水势却基本不变,说明烂皮病菌胁迫仅对新疆杨叶片的水分利用产生影响,但并未引起叶片水分状况恶化。非结构性碳水化合物(NSC)含量结果显示,病菌胁迫下叶片NSC部分升高,而根部NSC显著降低,推测可能与烂皮病菌侵染造成的韧皮部功能损伤阻碍NSC由叶部组织向根部运输有关。(3)叶部转录组数据分析显示,烂皮病菌胁迫下新疆杨叶片抗病蛋白合成、表观遗传修饰及RNA可变剪切等相关基因均下调表达,氧化磷酸化途径相关的基因显著上调表达,而光合作用相关基因表达并未受到影响。(4)溃疡病菌胁迫前期(2-10 d)新疆杨叶片Pn降低主要由气孔因素引起,后期(14d)转变为非气孔因素。叶绿素含量和叶绿素荧光参数的降低一致表明,叶片光能吸收与转化以及电子传递受阻是病菌胁迫导致新疆杨叶片Pn下降的主要原因。另外还发现溃疡病菌胁迫前期(6 d),新疆杨叶部组织ABA、Me JA以及H2O2均未上升,而此时的气孔开度显著下降,即溃疡病菌胁迫引起的气孔关闭与激素无关。
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