MeCAMTA3调节木薯对细菌性枯萎病抗病反应的研究

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木薯(Manihot esculenta Crantz)作为热带主要作物之一。然而,木薯细菌性枯萎病(cassava bacterial blight)对全世界木薯产业造成不可挽回的损失。因此,研究木薯抗病机理以及探究木薯抗病反应中的关键基因,有利于将基因改良技术运用在木薯抗病方面,从而可以有效提高木薯品质。Ca2+作为一种第二信使,广泛参与植物、动物和人体体内多种生理生化过程的调控。钙调素(calmodulin,Ca M)可以感受Ca2+浓度变化,与下游钙调素结合蛋白(Ca M binding protein,Ca MBP)结合发生相互作用参与调节植物生长、发育、非生物胁迫和免疫反应等,钙调蛋白转录因子(calmodulin-binding transcription activator,CAMTA)是Ca MBP其中的一种。在本研究中,共分离鉴定得到6个MeCAMTAs,分析这6个MeCAMTAs响应木薯细菌性枯萎病致病菌地毯草黄单胞菌(Xanthomonas axonopodis pv.manihotis,Xam)侵染时的表达谱和亚细胞定位。从中挑选出MeCAMTA3做进一步基因功能分析,通过在木薯叶片中瞬时表达MeCAMTA3和病毒介导基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)体系研究其在木薯免疫反应中的功能。获得的主要结果如下:1.本实验中分离鉴定了木薯的6个MeCAMTAs,系统进化树分析发现CAMTAs在木薯、拟南芥和水稻中有很近的亲缘关系。亚细胞定位观察发现这6个MeCAMTAs都定位在细胞核,表达谱分析结果发现MeCAMTA3受Xam的诱导最显著。2.MeCAMTA3在酵母中具有转录自激活活性,凝胶阻滞(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)实验结果显示MeCAMTA3蛋白可以直接与v CGCGb基序结合。3.在MeCAMTA3沉默表达或过表达木薯中,MeCAMTA3负调节木薯对细菌性枯萎病抗病反应,MeCAMTA3沉默的木薯植株表现出更高的抗病性,ROS(oxygen species)水平、内源SA(salicylic acid)含量以及胼胝体沉积数目都比对照组高。4.RNA sequencing鉴定了一系列受MeCAMTA3调控的基因,包括ubiquitin-conjugating enzyme E2H(UBE2H),calcium-dependent protein kinase 20(CDPK20),probable WRKY transcription factor 70(WRKY),serine/threonine-protein kinase(CTR1),gibberellin A44 oxidase(GAO44),auxin response factor 4(ARF4),probable L-ascorbate peroxidase 6(APX6)和peroxidase A2-like(POD53),进一步通过染色质免疫共沉淀验证了这些基因受MeCAMTA3的调控。综上所述,MeCAMTA3通过SA和ROS水平负调控木薯对Xam的抗病性,该实验结果为培育新的木薯抗病品种奠定基础。
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