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王逍冬副教授研究小组解析小麦抗叶锈病Lr47基因
发布时间:2019/9/17 15:49:11   来源:植物保护学院   

2019911日, SCI期刊International Journal of Molecular Sciences(影响因子4.10)在线发表了我院王逍冬副教授研究小组题为“Genome-Wide Expression Profiling of Genes Associated with the Lr47-Mediated Wheat Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina)”的学术论文,该项研究从全基因组水平解析了小麦抗叶锈病Lr47基因的转录调控网络。河北农业大学硕士研究生吴娇娇高静毕伟帅为该论文的共同第一作者,河北农业大学王逍冬副教授、中国农业科学院植物保护研究所刘博老师为通讯作者。该研究得到了河北省高等学校青年拔尖人才项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

 

由小麦叶锈菌(Puccinia triticinaPt)引起的小麦叶锈病,是影响全球小麦生产的重要真菌病害。该病害造成的产量损失从7%20%不等,而流行年份可高达50%。合理利用小麦抗叶锈病(Lr)基因仍是防治该病害最为有效的途径。目前已鉴定出的70多个Lr基因中,来自斯贝尔图山羊草(Aegilops speltoides)的Lr47基因被初步定位于普通小麦7号染色体的短臂。携带Lr47基因的小麦品种对我国全部叶锈菌生理小种均表现出较高抗性水平。然而,该基因在我国小麦育种中尚未得到广泛应用,基因克隆工作仍在进行,其转录调控网络同样亟待明确。

本研究以三个携带Lr47基因的普通小麦材料“Lr47-Yecora Rojo-BC6F5”、“Lr47-UC1037”、“Lr47-WhiteYecora”为实验组,以感病小麦材料“Thatcher”为对照组,分别接种我国小麦叶锈菌主要流行生理小种THTT,接种8天后在对照组中观察到大量叶锈菌夏孢子堆形成,而所有携带Lr47基因的小麦材料均表现出高抗表型。

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进一步,对上述小麦材料“Lr47-Yecora Rojo-BC6F5”、“Lr47-UC1037”、“Lr47-White Yecora”苗期第三叶接种小麦叶锈菌THTT,以“Lr47-Yecora Rojo-BC6F5”接水处理为对照,接种3天后分别提取RNA样品。每种材料设置三个生物学重复,共12个样品进行12-Gb转录组测序。以中国春TGACv1参考基因组进行拼接,总共预测到128,794个转录本(原始数据近期将上传至NCBI BioProject PRJNA498364)。

通过比较“Lr47-Yecora Rojo-BC6F5”材料的接菌处理与接水对照,发现863个基因显著上调(q value < 0.05, log2foldchange > 1),418个基因显著下调(q value < 0.05, log2foldchange < -1)。对差异表达基因进行KEGG注释,发现“植物-病原菌互作”途径中,Ca2+通道基因(CNGCsCDPKRbohCaM)、FLS2RPM1PR1HSP90等多个基因富集明显。

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此外,在所有上调基因中,有28个基因位于7AS、7BS、7DS染色体上,其中又包括8个基因编码不同类型的受体激酶蛋白(RLKs)。


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利用荧光实时定量qRT-PCR技术,我们进一步测定了上述8RLK基因在Lr47基因介导小麦抗叶锈病过程中的时间表达谱。

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此外,为了明确Lr47介导的抗病反应的下游基因及转录调控网络,我们还分析了所有PR基因及多个转录因子基因家族(WRKYERFMYBbHLHbZIPNAC)在转录组文库中的表达模式。

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本研究从全基因组水平,初步明确了Lr47基因介导的小麦抗叶锈病过程中的转录调控网络,挖掘得到的差异表达基因为小麦抗叶锈病遗传改良提供了新思路,转录组本身可为该基因的克隆工作提供重要数据支持。

参考文献

Wu J, Gao J, Bi W, et al. Genome-Wide Expression Profiling of Genes Associated with the Lr47-Mediated Wheat Resistance to Leaf Rust (Puccinia triticina). International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20: 4498.

Helguera M, Khan I A, Dubcovsky J. Development of PCR markers for the wheat leaf rust resistance gene Lr47. Theoretical and Applied Genetics, 2000, 100(7): 1137-1143.

Wang X, Bi W, Gao J, et al. Systemic acquired resistance, NPR1, and pathogenesis-related genes in wheat and barley. Journal of integrative agriculture, 2018, 17(11): 2468-2477.

Li Z, Xia X, He Z, et al. Seedling and slow rusting resistance to leaf rust in Chinese wheat cultivars. Plant Disease, 2010, 94(1): 45-53.



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