小麥白粉病引致的葉片與籽粒差異表達(dá)蛋白分析.pdf

1、白粉病在各小麥生產(chǎn)區(qū)時(shí)有發(fā)生，常造成嚴(yán)重的產(chǎn)量和品質(zhì)損失。目前防治該病害最為有效的措施是化學(xué)防治和種植抗性品種。然而由于白粉菌與寄主的共進(jìn)化，很多抗白粉病藥劑和小麥品種喪失抗性。因此，研究白粉病與小麥的親和相互作用機(jī)理、分析白粉病對(duì)籽粒發(fā)育的影響機(jī)制、挖掘白粉病脅迫的響應(yīng)蛋白并分析其功能、作用機(jī)制便具有重要意義。
　　本研究以實(shí)驗(yàn)室前期鑒定的高感白粉病小麥品種西農(nóng)979為試驗(yàn)材料，白粉菌菌種為目前大田流行、致病力較強(qiáng)的生理小種E2

2、0。通過室內(nèi)和大田試驗(yàn)相結(jié)合的方法，利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分別對(duì)感白粉病小麥的葉片和籽粒蛋白表達(dá)譜進(jìn)行分析，挖掘相關(guān)的響應(yīng)蛋白;利用qRT-PCR技術(shù)研究白粉病對(duì)籽粒淀粉合成酶的表達(dá)及其酶活性的影響。以期為生產(chǎn)上該病害的有效防治和產(chǎn)量、品質(zhì)損失評(píng)估提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　1.通過雙向電泳(2-DE)和質(zhì)譜分析(MALDI-TOF/TOF-MS)技術(shù)對(duì)白粉菌侵染的小麥葉片進(jìn)行了蛋白質(zhì)組表達(dá)分析，鑒定出49個(gè)差異表達(dá)蛋白點(diǎn)，代表

3、46個(gè)獨(dú)立蛋白。這些蛋白質(zhì)主要參與了光合作用、抗性反應(yīng)、碳代謝、氨基酸代謝、蛋白質(zhì)代謝、能量產(chǎn)生、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)等生化途徑。與對(duì)照相比，感病小麥葉片中參與抗性反應(yīng)和基礎(chǔ)代謝途徑的蛋白質(zhì)的豐度增加，而參與光合作用和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白質(zhì)表達(dá)下調(diào)。此外，白粉菌侵染后期比前期有更多的抗氧化蛋白被誘導(dǎo)表達(dá)。感病葉片中高表達(dá)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶和異檸檬酸脫氫酶說明戊糖磷酸途徑和TCA循環(huán)可能與宿主的抗性反應(yīng)有關(guān)。MAPK5的下調(diào)表達(dá)可能為白粉菌的

4、侵染提供了便利。為了檢驗(yàn)蛋白質(zhì)組表達(dá)分析結(jié)果，通過qRT-PCR技術(shù)進(jìn)行了白粉菌侵染過程中葉片蛋白的轉(zhuǎn)錄表達(dá)分析，挑選15個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)基因的表達(dá)分析，結(jié)果表明13個(gè)基因與其相應(yīng)的蛋白點(diǎn)表達(dá)趨勢(shì)一致。證明了蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果的正確性。
　　2.利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究白粉病對(duì)小麥籽粒發(fā)育的影響。通過質(zhì)譜分析技術(shù)鑒定出111個(gè)差異表達(dá)蛋白，屬于85個(gè)獨(dú)立蛋白，6個(gè)蛋白質(zhì)表達(dá)模式很好地展現(xiàn)了小麥籽粒形成的時(shí)序變化。質(zhì)譜分析鑒定出的蛋白點(diǎn)涉

5、及的生化途徑主要有:脅迫/抗性、碳代謝、氨基酸代謝、蛋白質(zhì)合成/組裝/降解、轉(zhuǎn)錄/翻譯、能量代謝、光合作用、儲(chǔ)藏蛋白和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。通過比較對(duì)照和感病籽粒的蛋白質(zhì)表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)，有36個(gè)蛋白點(diǎn)在兩樣品中共積累但具有不同的表達(dá)模式;43個(gè)蛋白點(diǎn)具有顯著的豐度差異，這些蛋白點(diǎn)參與的代謝途徑有:脅迫/抗性反應(yīng)、基礎(chǔ)代謝和貯藏蛋白。與對(duì)照相比，感病籽粒中與抗性反應(yīng)相關(guān)的蛋白點(diǎn)α-嘌呤硫素、乳腺谷胱甘肽裂解酶和α-淀粉酶抑制劑CM16的下調(diào)表達(dá)可能有助于

6、小麥和白粉菌的親和相互作用。而β-淀粉酶和甘油醛-3-磷酸脫氫酶在感病籽粒中的大量積累及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的下調(diào)表達(dá)可能是導(dǎo)致籽粒淀粉含量降低的主要原因。貯藏蛋白在感病籽粒中的含量高于對(duì)照，表明白粉病可引起籽粒蛋白含量的提高。20個(gè)蛋白質(zhì)基因的qRT-PCR分析結(jié)果顯示，籽粒發(fā)育過程中14個(gè)基因的表達(dá)趨勢(shì)與相應(yīng)蛋白的表達(dá)趨勢(shì)一致，證明了蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)果的可信性。
　　3.利用qRT-PCR技術(shù)研究白粉病不同發(fā)病程度對(duì)小麥籽粒

7、淀粉合成酶表達(dá)的影響。結(jié)果表明，隨著感病程度的增加，小麥籽粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉分支酶和可溶性淀粉合成酶基因的表達(dá)均被抑制，其酶活性下降;而束縛態(tài)淀粉合成酶Ⅰ的基因表達(dá)和酶活性均高于對(duì)照;去分支酶基因表達(dá)和對(duì)照相比沒有明顯變化，但其酶活性在病害高峰期高于對(duì)照。感病程度增加導(dǎo)致支鏈淀粉含量和總淀粉含量顯著降低，直鏈淀粉含量增加。因此，白粉病通過改變籽粒淀粉合成相關(guān)酶基因的表達(dá)及活性而影響淀粉的積累。
　　綜上所述，本研

8、究得出的主要結(jié)論有:(1)感染白粉病小麥葉片碳代謝的增強(qiáng)為抗病反應(yīng)提供能量的同時(shí)可能還參與了抗病反應(yīng);抗氧化蛋白表達(dá)的延遲和MAPK5在侵染過程中表達(dá)的下降為白粉菌的侵染提供了便利。(2)小麥葉部病害導(dǎo)致籽粒貯藏物質(zhì)分解代謝增強(qiáng)、合成作用降低，大量抗病相關(guān)蛋白含量在病害高峰期的降低更為白粉菌的侵染提供了便利。(3)感染白粉病小麥葉片光合同化產(chǎn)物積累的降低導(dǎo)致輸送到籽粒進(jìn)行貯藏物質(zhì)合成的碳源減少，而籽粒淀粉合成酶表達(dá)的下降又引起小麥庫(kù)器官