逆境胁迫对茭白ZlChis基因表达及生理活性的影响

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茭白(Zizania latifolia)是禾本科菰属多年生草本植物,是我国种植面积仅次于莲藕的第二大水生蔬菜。茭白富含多种营养元素,具有药用价值及保健功效,经济效益高。茭白黑粉菌(Ustilago esculenta)属黑粉菌目黑粉菌科,是茭白植株体内的一种内生真菌,与茭白互作共生形成可食用肉质茎。目前茭白植株与黑粉菌之间的共生机制尚不清晰。本研究以鄂茭1号为试验材料,实时荧光定量PCR检测非生物胁迫下茭白叶片几丁质酶基因的表达情况;同时以5叶期雄茭幼苗为试验材料,探讨人工接种黑粉菌对雄茭叶片几丁质酶基因表达的影响,以及接种黑粉菌对茭白叶片抗病相关酶类(几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶)、苯丙烷代谢相关酶类(PPO、PAL)、抗氧化酶类(APX、CAT、POD、SOD)活性及膜脂过氧化产物(MDA)含量的影响;另外,取接种15 d后的雄茭根部、茎部进行石蜡切片,检测黑粉菌在雄茭植株体内的变化。主要结果如下:1、非生物胁迫对茭白叶片几丁质酶基因表达的影响。试验对5叶期茭白植株进行非生物胁迫处理,实时荧光定量PCR检测几丁质酶基因表达的情况,结果表明,大部分ZlChis在6 h内对非生物胁迫作出响应,也有部分ZlChis在12 h和18 h达到峰值。ZlChi2和ZlChi5在各处理下均表达上调,ZlChi1和ZlChi3在各胁迫处理下均下调表达,而ZlChi10和ZlChi11在所有处理下均不表达。2、黑粉菌侵染对雄茭叶片几丁质酶基因表达的影响。试验对5叶期雄茭茎尖接种黑粉菌,实时荧光定量PCR检测叶片几丁质酶基因的表达,结果发现,大部分ZlChis对黑粉菌侵染作出响应。其中,ZlChi1、ZlChi6、ZlChi8和ZlChi11上调表达明显,且分别在侵染3 d、6 h、5 d、3 h达到相对表达量峰值;其他ZlChis基因的表达量都较低或下调表达,且ZlChi2、ZlChi5和ZlChi9没有表达量。3、抗病相关酶活性的变化。黑粉菌侵染后,雄茭叶片几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性在3 h达到最大值,随着时间的推移,呈现逐渐降低的趋势。几丁质酶活性在侵染后12 h显著高于对照;β-1,3-葡聚糖酶活性在侵染后3 h显著高于对照,12 h则显著低于对照,而在其他时间点两者差异不显著。4、苯丙烷代谢相关酶活性的变化。黑粉菌侵染后12 h、24 h和3 d,雄茭叶片PPO活性较对照组高,但差异不显著;从侵染后6 h起,PAL活性较对照组高,以3d酶活性最高,显著高于对照。5、抗氧化酶活性及膜脂过氧化产物MDA含量的变化。黑粉菌侵染12 h,APX活性最高,显著高于对照。侵染后3 h,POD活性达到最高,显著高于对照,CAT活性也达最高值;侵染后18 h,雄茭叶片SOD活性达到最高,但与对照差异不明显;黑粉菌侵染后,MDA含量与对照差异不显著。6、接种株的黑粉菌检测。提取接种15 d的雄茭苗根和茎部基因组DNA,q PCR检测其中黑粉菌含量,结果发现,雄茭的根部有黑粉菌存在,而茎部未检测到黑粉菌。石蜡切片发现接种15 d后的雄茭苗根部有大量真菌菌丝存在,而对照苗的根部真菌菌丝含量较少。
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