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甘蔗抗褐锈病Bru1区域的鉴定及候选抗病基因的功能分析
1
作者 吴期滨 谢婉婕 +5 位作者 钟惠 冯春燕 潘浩然 齐浥颖 张积森 王恒波 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期855-867,共13页
【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow)引起的最具破坏性的真菌病害之一,能造成蔗糖分降低10%—36%,严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域,克隆其关键候选基因... 【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow)引起的最具破坏性的真菌病害之一,能造成蔗糖分降低10%—36%,严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域,克隆其关键候选基因,并进行功能研究,为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息,鉴定到抗褐锈病Bru1区域,对其进行基因注释和克隆,分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4,从该区域中注释到33个基因,结合典型抗病基因结构域,共筛选获得5个候选抗病基因,分别为Brrg99、Brrg103、Brrg108、Brrg115和Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板,克隆获得Brrg116的全长序列729 bp,编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库,发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高,达到98%以上,而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明,Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达,尤其是在+1叶中的表达量最高,是蔗芽的9.8倍;在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时,呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中瞬时过表达Brrg116,其后接种茄病镰刀菌蓝色变种,二氨基联苯胺法(3,3′-diaminobenzidine,DAB)染色逐渐加深,超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达,且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈 展开更多
关键词 甘蔗 Bru1区域 褐锈病 候选抗病基因 连锁标记
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甘蔗割手密种转录因子NAP亚家族的鉴定及SsNAP2a参与叶片衰老的功能分析
2
作者 王恒波 冯春燕 +4 位作者 张以星 谢婉婕 杜翠翠 吴明星 张积森 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期110-125,共16页
NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚... NAP(NAC-like,activated by apetala3/pistillata)是转录因子NAC基因家族中一类参与调控植物生长发育、叶片衰老及响应激素和非生物胁迫应答的亚家族。本研究利用甘蔗割手密种基因组数据和生物信息学方法,首先,基于比较基因组学对NAP亚家族成员进行鉴定、系统进化分析、保守结构域及顺式调控元件预测;其次,克隆获得割手密种SsNAP2的等位基因SsNAP2a,分析该基因在不同生长发育阶段的表达及其在激素和非生物胁迫下的表达特征;最后,利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsNAP2a基因的功能。结果表明,在割手密种基因组中共鉴定5个NAP亚家族成员,亚细胞定位预测所有成员编码蛋白均定位于细胞核上,这些基因的Ka/Ks比值均小于1,表明纯化选择在演化中起到关键作用。系统聚类分析表明,5个代表性的被子植物(拟南芥、菠萝、水稻、玉米和高粱)与已报道的12个物种及甘蔗的NAP亚家族成员,共计46个,分为4个Clade,其演化的顺序Clade I>Clade II>Clade III>Clade IV。此外,在SsNAP亚家族成员的启动子区域预测到较多响应脱落酸和茉莉酸、低温等逆境胁迫的顺式作用元件,推测其参与多种激素和非生物胁迫相关应答通路。进一步,从割手密种SES208中克隆到SsNAP2a基因,该cDNA全长序列1173 bp(GenBank登录号为OQ335094),编码390个氨基酸残基,其与等位基因SsNAP2编码蛋白的序列相似性为97.70%,有10个氨基酸残基的差异,表明同源8倍体的割手密种等位基因序列差异较大。qRT-PCR分析表明,SsNAP2a基因在割手密种不同生长发育阶段中组成型表达,尤其在衰老的蔗皮和根中的表达量最高;在乙烯利(ethylene,ET)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、4℃低温和40℃高温处理下,其表达量呈现显著诱导表达;而在8%聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)胁迫下显著下调表达。亚细胞定位表明,SsNAP2a融合蛋白定位在细胞核上。瞬时过表达SsNAP2a基因7 d� 展开更多
关键词 割手密种 NAP基因 叶片衰老 激素胁迫 基因功能 甘蔗
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甘蔗割手密种糖转运蛋白基因SsSWEET11的克隆与功能分析 被引量：2
3
作者 杜翠翠 吴明星 +3 位作者 张雅婷 谢婉婕 张积森 王恒波 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2385-2397,共13页
SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程。为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组... SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程。为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释SsSWEET11基因序列设计特异引物,利用RT-PCR技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析SsSWEET11的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析SsSWEET11的功能。结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11基因(登录号为OP554214),该基因全长927bp,编码308个氨基酸残基,具有2个MtN3_saliva结构域和7次跨膜结构域。系统进化树分析显示,SsSWEET11属于SWEET蛋白家族第Ⅲ亚家族成员,与高粱SbSWEET11相似性高达97.41%。qRT-PCR分析表明, ShSWEET11基因在不同组织中组成型表达,在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织;赤条病菌胁迫下,ScSWEET11基因在抗病品种ROC22和感病品种MT11-610中呈现完全不同的表达趋势,与对照相比,抗病品种中该基因的表达量显著下调,而感病品种中,在胁迫48h和72h后该基因的表达量显著上调,分别为对照的5.90倍和5.43倍。亚细胞定位表明, SsSWEET11-GFP融合蛋白定位在质膜上。瞬时过表达SsSWEET11基因1 d后,二氨基联苯胺(Diaminobenzidine, DAB)对本氏烟叶片进行染色,叶片颜色没有变化,再接种烟草青枯菌、茄病镰刀菌蓝色变种7 d后,过表达植株叶片发病比对照组严重,且过敏反应相关基因、茉莉酸和水杨酸代谢途径相关基因呈现上调表达,而乙烯通路相关基因则没有响应,表明SsSWEET11基因参与茉莉酸和水杨酸信号传导通路,且病原菌侵染本氏烟草叶片能够诱发过敏反应。研究结果不仅为开发与甘蔗抗赤条病菌性状关联的分� 展开更多
关键词 割手密种 SWEET基因 糖转运蛋白 赤条病菌 基因功能 甘蔗
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