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。     

小麦抗白粉病基因

到目前为止,小麦中已经鉴定出31个主效抗白杨病基因位点(Pm1-Pm31),对这些小麦抗白粉病基因位点的来源、染色体定位、遗传特点以及载体品种等方面进行了概括性综述。     

小麦抗白粉病基因定位与分子标记

对小麦抗白粉病基因的遗传定位与分子标记进行了综述,介绍了小麦抗白粉病的遗传,并对今后的研究方向进行了讨论。     

小麦抗白粉病基因Pm6的RAPD标记

从提莫菲维小麦转移到普通小麦中的小麦白粉病抗性基因Ｐｍ６是小麦白粉病（Ｅｒｙｓｉｐｈｅ ｈｒａｍｉｎｉｓ ｆ ｓｐ．ｔｒｉｔｉｃｉ）的有效抗性基因。用７００个随机引物对Ｐｍ６近等基因系进行ＲＡＰＤ分析,发现引物ＯＰＶ２０可在抗病近等基因系中产生大小为２ｋｂ的稳定的多态片段。用该引物检测１０个其他携Ｐｍ６的渐渗系材料,均可稳定扩增出该２ｋｂ的多态片段。理一步用ＯＰＶ２０对Ｐｍ６Ｆ２（ＩＧＶ１－４６３     

小麦抗白粉病基因Pm23的RAPD标记

小麦抗白粉病基因Pm23对世界上很多麦区流行的白粉病表现高抗或免疫.本研究以Pm23和Chancellor为抗感亲本,用集群分离分析法对抗性基因Pm23进行了RAPD分析,从320个十碱基随机引物中筛选到一个与Pm23紧密连锁的相引相标记OPE051100. 对F2分离群体进行RAPD分析表明,该标记与Pm23基因之间的连锁距离为10.65±3.25 cM.该标记可以有效用于小麦育种分子标记辅助选择中.     

小麦新种质N9659抗白粉病基因的遗传分析

抗性种质N9659含有野生二粒小麦(资源编号:AS846)的抗白粉病基因,并对陕西关中地区白粉病优势小种表现为高抗.为了研究其抗白粉病基因的遗传规律,用高感品种辉县红、阿勃、陕160和阿勃21个缺(单)体系分别与N9659进行杂交,F1和F2苗期接种关中地区白粉病流行小种.结果显示,组合辉县红×N9659、阿勃×N9659、陕160×N9659及阿勃21个缺(单)体系和N9659杂交组合的所有F1均表现为高抗白粉病,F2的白粉病抗感比例除组合阿勃5BM×N9659偏离3∶ 1外,其他组合均符合3∶ 1,表明N9659苗期白粉病抗性由1对位于染色体5B上的完全显性基因控制.     

小麦抗白粉病基因SSR标记定位

从波兰小麦与普通小麦感病品系‘中13’杂交后代中选育出小麦抗源材料WP6192,田间表现高抗白粉病,遗传分析表明其含有1对显性抗白粉病基因,暂定名为PmWP6192。用分离群体分组分析法筛选多态性SSR标记,并用F2代群体进行遗传连锁分析。结果表明,SSR标记Xgwm515、Xgwm249、Xgwm425、Xgwm372、Xg-wm630、Xbarc10、Xbarc220、Xbarc201和Xbarc353与PmWP6192基因连锁,相距最近的标记是Xbarc353,遗传距离为2.3cM。根据连锁标记所在的染色体位置,将PmWP6192定位于2AL染色体。通过基因来源分析和2AL染色体上已有抗白粉病基因的等位性分子检测,推断PmWP6192可能是1个新的抗白粉病基因。     

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TaMAPK2基因的克隆及表达分析

该研究从小麦中克隆了1个MAPK基因TaMAPK2。序列分析表明,TaMAPK2基因的ORF为1 110bp,编码369个氨基酸。序列比对分析表明,该基因所编码的蛋白与粗山羊草、水稻、谷子等MAPK蛋白具有较高的一致性,分别为99%、94%、94%。进化树分析表明,TaMAPK2与水稻OsMAPK2的亲缘关系最近。实时荧光定量PCR分析表明,该基因的表达显著受渗透胁迫、低温胁迫、高盐胁迫、乙烯和双氧水诱导,受ABA抑制。研究表明,TaMAPK2可能参与非生物逆境胁迫及相关信号分子应答。     

小麦春化相关基因的分子克隆与功能分析

小麦春化相关基因的分子克隆与功能分析@种康$中国科学院植物研究所!北京100093@许智宏$中国科学院植物研究所!北京100093@谭克辉$中国科学院植物研究所!北京100093小麦;;基因;;分子克隆     

青花菜谷胱甘肽-S-转移酶基因克隆及其表达分析

为探讨青花菜在模拟酸雨胁迫下谷胱甘肽-S-转移酶的表达变化,克隆了青花菜谷胱甘肽-S-转移酶基因(glutathione-S-transferase,GST)的cDNA序列全长,并进行了生物信息学和表达分析。结果表明:青花菜GST基因cDNA全长为915bp,开放阅读框为642bp,编码213个氨基酸,推测分子式为C1091H1719N289O306S5,分子量为23 940.7,没有跨膜螺旋区域和信号肽。系统进化树分析表明,该青花菜基因GST与芥菜的GST聚类关系最近。实时荧光定量PCR结果显示,在模拟酸雨胁迫下,GST基因的表达量在胁迫初期显著增大,随时间延长开始下降,表明其参与了青花菜抗酸雨的应答反应。     

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。     

与小麦白粉病抗性基因Pm2紧密连锁RAPD标记的筛选研究

以２５６个随机引物对含小麦抗白粉病基因Ｐｍ２近等基因系进行ＲＡＰＤ分析,发现１７个随机引物的扩增产物在抗、感ＮＩＬｓ材料间表现多态性,且其中５个引物经４次以上重复,均获相同结果,其多态性标记分别为ＯＰＭ０８(１６００)、ＯＰＩ０４(１７００)、ＯＰＨ１９(１１００、ＯＰＥ０９(９００)及ＯＰＭ１６(８５０)。当以这５个随机引物对１４个已知含Ｐｍ２基因的抗病材料及９个不含Ｐｍ２基因的感病材料进行检测时,只有标记ＯＰＩ０４(１７００)在１２个抗病材料中出现（另两个抗病材料中未检测到）,而在９个感病材料中均未出现。进一步用 ＯＰI(０４)对１０２株（Ｃｈａｎｃｅｌｌｏｒｘ Ｕｋａ／８＊Ｃｃ）Ｆ２分离群体进行分析,估算出标记ＯＰＩ０４(１７００)与Ｐｍ２基因间的遗传距离为１２．２±３．３ｃＭ。     

籽用美洲南瓜叶片对白粉病菌的抗逆生理响应

以籽用美洲南瓜(Cucurbita pepo L.)白粉病抗病品系F2和感病品系M3为试材,在人工气候箱内接种白粉病生理小种2US孢子悬浮液,考察在接种白粉病菌后南瓜幼苗植株与白粉病菌的互作、叶片活性氧代谢及保护酶活性的变化,探讨南瓜抵御白粉病的生理机制。结果表明：(1)与感病品系M3相比,接种白粉病菌后,抗病品系F2叶片上病原菌发育缓慢,较难侵染叶片。(2)抗病品系F2在感病初期叶片H₂O₂、O₂^-·含量迅速升高后逐渐下降,而感病品系在感病初期H₂O₂、O₂^-·含量上升缓慢,在达最大值后始终保持较高水平,且感病品系叶片MDA含量始终高于抗病品系;组织化学染色分析发现,抗病品系叶片着色比感病品系快,之后着色面积有所减少并趋于较低水平。(3)抗病品系F2和感病品系M3叶片抗氧化酶CAT、SOD、POD活性及PAL、PPO活性在接种白粉病菌后均显著增加,但抗病品系的活性及其增幅均高于感病品系。研究发现,籽用美洲南瓜抗病品系叶片上白粉病菌发育缓慢,较难受到侵染,生成菌丝体后叶片上粉状斑点较小;抗病品系在被白粉病菌侵染初期依靠活性氧的增加抵御病原菌的入侵,随着活性氧含量增加抗病品系通过迅速增加自身抗氧化酶活性来防止氧化胁迫;与感病品系相比,抗病品系在受病原菌侵染后能迅速增加PAL、PPO活性以抵御病原菌侵染。     

富士苹果MdWRKY40b基因克隆及其对白粉病的抗性分析

WRKY是植物抗病相关的一个大转录因子家族基因,为了揭示WRKY40基因在调控白粉病抗性方面的作用,以富士苹果(Malus domestica Borkh.cv.Fuji)为试材,利用特异引物进行RT-PCR基因克隆,并用实时荧光定量PCR方法分析组织中基因的表达及接种苹果白粉菌和用1 mmol·L^-1水杨酸(SA)喷施处理后对基因表达的影响。结果表明:（1）克隆到的片段长度为1 240 bp,包含一个完整的开放阅读框,长1 002 bp,编码334个氨基酸,其氨基酸序列与AtWRKY40、HvWRKY1/2/3等8个序列一致性为48.96%;该基因与拟南芥AtWRKY40同源,故命名为MdWRKY40b,GenBank登录号为JX112907。（2）基因表达分析表明,MdWRKY40b在苹果根、茎、叶、花均有表达,其中根、叶、花中表达量基本相当,茎中表达量最低。（3）该基因明显受苹果白粉菌和SA的强烈诱导表达且持续时间较长,并且两者表达趋势相同、出现最高表达量的时间相近。研究推测,富士苹果容易感白粉病的主要原因可能与MdWRKY40b的持续长时间的高表达有关。     

小麦锌指蛋白基因TaLOL2的克隆及特征分析

通过电子克隆与RT-PCR相结合的方法,在条锈菌诱导的小麦叶片中克隆获得1个新的LSD1型锌指蛋白基因TaLOL2,并用qRT-PCR技术分析了其转录表达特征。结果显示:(1)小麦锌指蛋白基因TaLOL2的cDNA全长1 095bp,编码179个氨基酸。(2)TaLOL2含有3个典型的zf-LSD1型(CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC)保守结构域,与水稻、拟南芥、大麦等植物LSD1型锌指蛋白序列具有高度相似性,其中与水稻OsLOL2相似度达86.0%。(3)进化树分析表明,TaLOL2与水稻、拟南芥和大麦中部分含有3个保守zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的zf-LSD1锌指结构的基因亲缘关系较远。(4)qRT-PCR定量分析表明,TaLOL2在条锈菌侵染前期呈上调表达,在亲和及非亲和反应中差异表达。研究表明,TaLOL2参与了条锈菌诱导的小麦抗病防卫反应,很可能作为正调控因子参与了小麦-条锈菌非亲和互作中对条锈菌的抗性信号途径。     

小麦抗白粉病种质"91(260)3-3-8"的抗性鉴定及遗传分析

本试验对91（260）3-3-8对白粉病的抗性再次进行鉴定,进一步确定该材料对白粉病完全免疫。为了研究其抗白粉病基因的遗传规律,用感病材料陕225、小偃6、邯6172、豫麦49与该材料杂交得到F1、F2后代群体,发现F1抗白粉病;陕225／91（260）3-3-8F2、小偃6／91（260）3-3-8 F2、邯6172／91（260）3-3—8 F2群体抗感比例为3：1,表明“91（260）3—3—8”与感病材料陕225、小偃6、邯6172相比有1对抗白粉病基因的差异;豫麦49／91（260）3-3—8 F2群体抗感比例不完全符合3;1,其原因有待于进一步探明。     

小麦TaLEC1基因的克隆及其表达特性分析

为了探讨LEC1基因在小麦(Triticum aestivum L)非生物胁迫应答中的功能,该研究通过RT-PCR结合RACE技术克隆小麦TaLEC1基因,并采用qRT-PCR方法分析了该基因在小麦不同组织以及不同处理下的表达模式,为深入研究小麦LEC1基因在干旱、高温和高盐胁迫下的响应机制奠定基础。结果表明:(1)成功克隆到小麦TaLEC1基因,该基因cDNA序列全长为1 074 bp,其中5′端非编码区23 bp,开放阅读框为741 bp,3′端非编码区310 bp,编码246个氨基酸,具有典型的CBFD_NFYB结构域。(2)实时荧光定量分析显示,TaLEC1在不同组织间表达差异显著,10 d龄幼苗的叶中表达量最高。(3)TaLEC1基因可被植物激素ABA诱导而上调表达,属于ABA依赖型的表达调控通路。(4)PEG模拟干旱胁迫处理后的0.5～1 h,TaLEC1基因呈上调表达;42℃胁迫处理过程中,TaLEC1基因呈稳定上调表达趋势,并在胁迫处理后12 h和48 h时表达急剧上调,分别为对照的52.8倍和34.5倍;NaCl胁迫处理0.5 h时TaLEC1基因迅速上调表达。研究表明,小麦TaLEC1基因参与ABA依赖的胁迫响应,推测可能在小麦耐受高温胁迫和渗透胁迫过程中发挥着重要的脱水保护功能。     

农杆菌介导的大麦Mlo反义基因转化小麦获得抗白粉病后代

从大麦‘斯特林’幼叶总RNA中分离Mlo基因cDNA完整编码区,反向连接到植物双元载体（pBI-121.2）35S启动子下游,通过农杆菌介导的苗端转化法获得两种小麦基因型（‘烟优2801’和‘烟优361’）的转基因小麦。T0代405株中有55株PCR检测阳性,平均转化率达到13.58%,T0和T1基因组DNA Southern杂交可以证明大麦Mlo基因片段已整合到小麦基因组中并可传递到后代。两种基因型的转基因小麦T0和T1植株在温室及大田中均表现出对白粉病抗性的提高。农杆菌介导的苗端转化法可以简单、快速、高效地获得转基因株系;排除体细胞变异对转基因植株的影响;克服基因型对农杆菌转化的限制,是小麦遗传转化的一种实用方法。