论文部分内容阅读
现代月季是全世界范围广泛栽培应用的著名花卉。黑斑病是月季露地栽培中最普遍、最严重的病害,常导致叶部形成黑色病斑,严重者导致叶片脱落,对月季的园林应用影响巨大,目前尚无对黑斑病完全免疫的品种。月季黑斑病致病菌为蔷薇盘二孢(Marssonina rosae)。本研究对月季抗病和易感株系响应蔷薇盘二孢的过程进行了转录组分析,探讨了生长素、茉莉酸和水杨酸对月季黑斑病抗性诱导的机制,利用外源激素喷施及月季离体叶片VIGS基因沉默技术,对易感、抗病株系响应蔷薇盘二孢入侵的防御机制的激活进行了研究,筛选出诱导或抑制防御机制的关键因子,初步阐明月季黑斑病广谱抗性的机制。主要研究结果如下:1.通过组织分离法获得了月季黑斑病致病菌单一菌株,利用该菌株对月季黑斑病抗病分离群体(Rosa‘Pocelina’×R.rugosa‘Dahong Zizhi’)进行抗性评价,获得6个抗病株系和12个易感株系。2.以抗病株系R13-54和易感株系R12-26为材料,比较了蔷薇盘二孢侵染月季过程中病程相关蛋白的活性,以及系统获得抗性的诱导情况,发现两株系防御反应均被激活,表现为双峰模式,两次高峰均分别发生在1-2dpi和10-12dpi,低谷均发生在4-6dpi,但R13-54的抗性诱导强度显著高于R12-26。3.对抗、感株系响应蔷薇盘二孢入侵过程中0hpi、36hpi、6dpi、12dpi的转录组进行了分析,发现抗、感株系被诱导了不同的差异表达基因,说明不同抗性月季对病菌入侵的响应显著不同;与对照组和侵染前相比,两株系中病源入侵特异性诱导的差异基因大量富集到与激素和细胞壁相关通路中。在响应早期,易感株系R12-26显著上调的基因富集到生长素、茉莉酸以及细胞壁代谢合成相关通路上,而这些基因在抗病株系R13-54中表现为早期下调,说明这些基因参与对R12-26中有效黑斑病抗性的负调控。4.外源干扰生长素、茉莉酸和水杨酸对两株系黑斑病抗性的影响表明:在易感株系R12-26中,黑斑病侵染早期,高水平的茉莉酸组成型积累与生长素共同抑制水杨酸信号通路,负调控黑斑病有效抗性的诱导;生长素通过促进茉莉酸积累与合成,削弱了水杨酸对茉莉酸的抑制,对黑斑病抗性进行负调控;当茉莉酸组成型高水平被抑制后,生长素则不参与对黑斑病抗性的负调控。5.建立月季响应蔷薇盘二孢侵染的离体小叶盘TRV介导的VIGS技术体系,利用该体系对7个激素相关基因进行沉默,分析了这些基因在月季黑斑病防御诱导中的功能。沉默生长素糖苷化基因Rc UGT74E1和生长素响应基因Rc AX15A后,促进水杨酸的合成,提高了月季黑斑病抗性;沉默Rc PIN1后,茉莉酸合成加速,影响了水杨酸对黑斑病有效抗性的诱导;蔷薇盘二孢侵染可诱导Rc SAMT的表达,促进SA转化为Me SA,参与对黑斑病的防御。这些结果进一步验证了茉莉酸和生长素通过协同作用,共同抑制水杨酸信号对黑斑病有效抗性的诱导。6.利用离体叶盘VIGS技术分析了4个细胞壁相关基因在黑斑病抗性诱导中的作用。结果表明,细胞壁降解相关基因Rc PLY18、Rc BXL1和Rc XYNC以及细胞壁加固相关基因Rc EXP15的沉默,均不同程度提高了月季对蔷薇盘二孢的抵抗,说明病源入侵导致细胞壁变化,负调控了月季对蔷薇盘二孢的有效防御。7.利用离体叶盘VIGS技术对4个细胞壁相关基因(Rc BXL1、Rc PLY18、Rc XYNC、Rc EXP15)进行沉默,结合4个基因响应外源激素干扰的表达模式分析发现,早期积累的茉莉酸抑制水杨酸的合成,诱导Rc PLY18强烈表达,导致果胶降解,促进了病害的发生。茉莉酸通过拮抗Rc BXL1诱导,抑制细胞壁合成,促进病害的发生;茉莉酸也可以通过促进水杨酸的积累,加强对Rc XYNC和Rc EXP15的抑制,提高对病源入侵的有效防御;但在响应黑斑病入侵的初期,茉莉酸积累的同时并未发生水杨酸积累,因此刺激了Rc XYNC和Rc EXP15的表达,加快了病害的入侵;Rc XYNC的表达可能依赖于生长素的积累,参与对抗病性的负调控,而Rc EXP15对病害的影响不是通过生长素起作用的。综上所述,高水平的茉莉酸组成型积累协同生长素共同抑制了水杨酸信号通路的激活,降低了月季对黑斑病的抗性;细胞壁的降解与生长素信号之间的串扰,进一步促进茉莉酸的合成,削弱了水杨酸对茉莉酸的抑制,降低了黑斑病抗性;但当茉莉酸的组成型高水平被抑制后,生长素则不参与对黑斑病抗性的负调控。上述研究结果为进一步阐明月季对黑斑病的有效防御机制提供了基础,为定向培育黑斑病高抗品种提供了依据。