小麦硫代硫酸硫转移酶类似基因的克隆与定位

小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系92R137含有抗白粉病基因Pm21。为了研究该易位系的抗病机理,应用mRNA差异显示和快速扩增cDNA未端（Rapid Amplification of cDNAEnd,RACE)技术对在白粉菌诱导后表达增强的基因进行了克隆,分离到1个命名为TaTST的全长cDNA序列。Northern杂交分析表明,TaTST基因在白粉菌诱导后表达明显增强,24h达到峰值,氨基酸序列同源性分析表明,TaTST与Datisca glomerata的硫代硫酸硫转移酶基因（rho-danese,EC,2.8.1.1)序列有64%相同,80%相似,用中国春缺体/四体系和端体系Southern杂交和基因特异性引物扩增（gene specific primer-PCR)将TaTST基因定位在小麦6B染色体短臂上,Southern杂交表明,该基因为单拷贝基因,由于在杨麦5号和6VS/6AL易位系间存在明显多态,可以推测在6VS上有TaTST的同源基因,TaTST是从小麦中分离的新基因。白粉菌诱导后的表达变化提示;TaTST与小麦抗白粉病反应有关。     

小麦抗白粉病相关基因的转化

利用玉米花青素苷合成调节基因C1-Lc作为报告基因, 通过瞬间表达后愈伤组织表面红色斑点的统计分析, 优化了小麦幼胚愈伤组织的基因枪转化参数。小麦Beclin1类似基因TaTBL和硫代硫酸硫转移酶基因TaTST是2个在白粉菌诱导条件下具有增强表达特性的抗病相关基因。本实验进一步利用基因枪将ubi强启动子控制下的2个基因导入到小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织细胞中, 使用除草剂经两轮选择培养基上的筛选和再生获得抗性植株, 进一步通过抗性植株的PCR分析获得转TaTBL基因植株5株, 转TaTST基因植株6株。转基因植株离体叶片的人工接种实验表明, 外源基因的导入不同程度上增强了植株的白粉病抗性, 表现为延缓了白粉菌的发育。利用玉米花青素苷合成调节基因C1-Lc作为报告基因,通过瞬间表达后愈伤组织表面红色斑点的统计分析,优化了小麦幼胚愈伤组织的基因枪转化参数。小麦Beclin1类似基因TaTBL和硫代硫酸硫转移酶基因TaTST是两个在白粉菌诱导条件下具有增强表达特性的抗病相关基因。本实验进一步利用基因枪将ubi强启动子控制下的两个基因导入到小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织细胞中,使用除草剂经两轮选择培养基上的筛选和再生获得抗性植株,进一步通过抗性植株的PCR分析获得转TaTBL基因植株5株,转TaTST基因植株6株。转基因植株离体叶片的人工接种实验表明,外源基因的导入不同程度上增强了植株的白粉病抗性,表现为延缓了白粉菌的发育。     

小麦锌指蛋白基因的克隆、序列与表达分析

根据R基因及其调控基因保守序列设计简并性引物,对白粉菌接种和未接种处理的一对抗病和感病的小麦—黑麦等位突变易位系TAM104R和TAM104S总RNA进行RT-PCR扩增,得到一个诱导表达的cDNA片段。序列分析表明,该片段全长2474bp,其中含有一个822bp的完整开放阅读框,推测其编码一个有273个氨基酸残基、分子量约31kD的蛋白质分子。蛋白质的氨基酸序列比对显示,该蛋白质分子具有C2HC锌结合motif CX2CX4HX4C结构和锌指domain,可见克隆的cDNA是一个锌指蛋白基因,命名为TaZF。Southern杂交表明,TaZF在抗病易位系TAM104R的基因组中是多拷贝的。半定量RT-PCR分析显示,TaZF基因属组成型表达、但受白粉菌诱导表达上调的基因,推测其与白粉病菌的侵染过程相关。基因组DNA专化扩增、克隆和测序揭示TaZF基因无内含子。     

小麦3个被白粉菌诱导基因表达的分析

含有抗白粉病基因Pm2 1的小麦 簇毛麦 6VS/6AL易位系在接种白粉菌后 ,叶片无任何病症。应用mRNA差异显示技术从小麦 簇毛麦 6VS/ 6AL易位系分离到 3个叶绿体蛋白基因片段 ,它们是TaD5、TaD2 3和TaD33,3个基因片段分别与小麦叶绿体基因rbcL ,拟斯卑尔脱山羊草叶绿体RNA聚合酶α亚基基因rpoA和大麦 1,5 二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因(Rubiscoactivase ,RcaA2 )同源性达 97%、98%和 88%。据此推测TaD5、TaD2 3和TaD33分别是 6VS/ 6AL易位系中的rbcL、rpoA和 1,5 二磷酸核酮糖羧化酶活化酶基因的片断。Northern分析表明这 3个叶绿体基因的表达在白粉菌诱导下得到增强。叶绿体基因组含有胸腺嘧啶重复区是在mRNA差异显示中克隆到叶绿体基因组基因的原因     

小麦病程相关蛋白1基因的克隆及特性分析

利用RT－PCR技术,从被白粉菌诱导的小麦－簇毛麦6VS／6AL易位系中获得病程相关蛋白1（TaPr-1)cDNA克隆,该基因具有编码164氨基酸的开放阅读框,其中包含24个氨基酸构成的信号肽和140个氨基酸组成的成熟肽（MW为15.1kD),经蛋白结构比较分析,发现其与植物中已分离的多种PR1类蛋白具一定的同源性,Northern杂交显示,易位系易被诱导12小时左右,该基因转录物累积最多,其在抗病易位系和感病亲本扬5中表达水平有明显差异,Southern杂交表达在小麦基因组中该基因的拷贝数多于1个,且该基因在扬5和易位系中表现多态性,表明6VS上有可能携带基因。     

白粉菌诱导下感病小麦京411中TCTP基因的表达分析

TCTP广泛存在于动植物及微生物中,参与重要的生物过程。对小麦中克隆到的TCTP基因进行了白粉菌诱导下的表达模式分析,结果发现,在对白粉菌敏感的小麦京411中,白粉菌侵染后TCTP基因应答迅速,且基因表达水平较高。用病毒介导的基因沉默方法沉默京411中的TCTP基因,发现白粉菌成功侵染小麦叶片的比例下降,乳突等抗性结构特征比例上升,H2O2在细胞内的累积水平升高。试验结果表明,TCTP在小麦与白粉菌互作过程中起重要作用。     

普通小麦中一个类受体激酶基因的克隆、鉴定和表达分析

为研究抗白粉病小麦（Triticum aestivum L．）品系在小麦白粉病菌（Blumeria graminis f. sp．tritici）侵染后有无LRK10同源基因表达,依据小麦蛋白激酶LRK10和其它植物蛋白激酶第6亚结构域设计了一个5’-RACE兼并性引物。以接种小麦白粉病菌后的小麦抗白粉病品系“99—2439”幼苗叶片cDNA为模板进行5’-RACE扩增,获得了一个1551bp长的蛋白激酶基因cDNA片段（S1125,GenBank登录号：AY584533）。此后,通过RACE技术成功地获得了该基因的全长cDNA克隆。该克隆编码637个氨基酸组成的多肽。同源性查寻表明,该基因属于先前命名为wfrk（wheat leaf rust kinase）的小麦类受体蛋白激酶基因家族。与LRK10相似,这个新的小麦类受体蛋白激酶有5个明显的功能域：位于氨基端的疏水信号序列、推测的胞外结构域、跨膜域、高荷电序列和位于羧基端的丝氨酸／苏氨酸激酶域,因此被命名为TaLRK（Triticum aestivum LRK）。以小麦肌动蛋白基因为对照,通过半定量反转录PCR（semi—QRT—PCR）技术对叶片中TaLRK基因在小麦白粉病菌接种后的转录水平表达谱进行了研究。结果表明,小麦白粉病菌的侵染使TaLRK基因的转录显著增强。组织特异性表达分析证明,这一基因仅在小麦的绿色部分表达。研究结果提示TaLRK可能参与了小麦的抗白粉病反应。     

从小麦-簇毛麦易位系TAC文库中筛选Hv-S/TPK基因

本实验室已经通过基因芯片技术筛选到一个白粉菌诱导后上调表达的抗病相关基因Hv-S/TPK, 并获得了它的全长cDNA序列。利用Hv-S/TPK的特异引物筛选小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系基因组可转化人工染色体(Transformation-competent artificial chromsome, TAC)文库, 获得了阳性TAC单克隆, 并进一步获得了含有Hv-S/TPK cDNA序列的5160 bp(GenBank Accession No. EU153366)的亚克隆。对亚克隆的序列分析结果表明, Hv-S/TPK基因在起始密码子和终止密码子之间有3个内含子和4个外显子, 4个外显子序列与簇毛麦上已得到的Hv-S/TPK的cDNA序列100%同源。对起始密码子上游序列分析结果表明, 该基因的调控序列中, 含有W-Box、OCS-element等与抗病相关的元件。以TAC克隆为探针与小麦-簇毛麦6VS/6AL易位系有丝分裂中期染色体进行荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization, FISH), 结果表明含有Hv-S/TPK基因的TAC克隆来自于簇毛麦。     

用半定量RT-PCR方法分析小麦TaMlo-A1c基因的表达

以小麦稳定表达的肌动蛋白基因(Actin)作为对照,利用半定量反转录聚合酶链式反应(Semi-QRT-PCR)技术,对与抗白粉病有关的小麦(TriticumaestivumL.)TaMlo-A1c基因的表达进行了研究。结果发现:TaMlo-A1c基因在小麦的叶、茎、根中均表达,穗中不表达,在白粉菌(Blumeriagraminis(DC.)E.O.Speerf.sp.triticiEm.Marchal,Bgt)诱导不同时间后小麦叶片中的表达稍微有所增强。研究表明,用半定量RT-PCR技术研究小麦基因表达,具有特异性高、操作简便和可靠性强的优点。     

普通小麦99-2439 中的白粉病抗性遗传

普通冬小麦品系99-2439在郑州连续4年对田间白粉菌(Blumeria graminis sp. tritici)表现高抗,但其抗性基因来源不清。通过染色体C-分带和1RS染色体特异性SCAR标记鉴定, 表明它是一个小麦-黑麦(Triticum aestivum - Secale cereale)1BL/1RS异易位系。通过对中国春×99-2439杂交F2代分离群 体抗性鉴定和1RS染色体臂检测结果分析, 证明该抗病基因不在1RS染色体臂上。用单孢小麦白粉菌分离株对其抗性遗传进行研究, 结果表明, 99-2439的白粉病抗性由一对小种专化、隐性抗病基因控制。由于携带Pm5a的Hope/8Cc对中国的21个小麦白粉菌分离菌株均高度感病, 而99-2439高抗混和白粉菌和5个单孢分离菌株, 所以, 99-2439所携带的抗白粉病基因不同于Pm5a。     

The MLA6 coiled-coil, NBS-LRR protein confers AvrMla6-dependent resistance specificity to Blumeria graminis f. sp. hordei in barley and wheat

The barley Mla locus confers multiple resistance specificities to the obligate fungal biotroph, Blumeria (= Erysiphe) graminis f. sp. hordei. Interspersed within the 240 kb Mla complex are three families of resistance gene homologs (RGHs). Probes from the Mla-RGH1 family were used to identify three classes of cDNAs. The first class is predicted to encode a full-length CC-NBS-LRR protein and the other two classes contain alternatively spliced, truncated variants. Utilizing a cosmid that contains a gene corresponding to the full-length candidate cDNA, two single-cell expression assays were used to demonstrate complementation of AvrMla6-dependent, resistance specificity to B. graminis in barley and wheat. The first of these assays was also used to substantiate previous genetic data that the Mla6 allele requires the signaling pathway component, Rar1, for function. Computational analysis of MLA6 and the Rar1-independent, MLA1 protein reveals 91.2% identity and shows that the LRR domain is subject to diversifying selection. Our findings demonstrate that highly related CC-NBS-LRR proteins encoded by alleles of the Mla locus can dictate similar powdery mildew resistance phenotypes yet still require distinct downstream signaling components.