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    《湖南农业大学》 2018年
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    大豆PI 437654对大豆孢囊线虫3号和4号生理小种侵染的应答机制研究

    焦梦瑶  
    【摘要】:大豆孢囊线虫(Heterodera glycines,soybean cyst nematode,SCN)病,是大豆生产上世界性、毁灭性的病害之一,具有分布广、危害重、难防治等特点,严重威胁大豆的生产安全。种植大豆抗性新品种是防治SCN目前最为有效的措施,研究大豆对SCN侵染的应答机制,是培育持久大豆抗病品种的前提,对抗大豆孢囊线虫品种选育及绿色可持久防控具有重要的意义。大豆品种PI 437654是SCN所有生理小种及其变异型的优质抗源,但其对SCN的抗性机制研究较少。本研究以大豆品种PI 437654为研究对象,分别接种SCN 3号和4号生理小种,通过比较接种后1 d、4 d、8 d、12 d及18 d 5个时期SCN的发育进程、取食位点结构、关键防御相关酶活力来分析PI 437654应答3号和4号生理小种的组织病理学及生理生化机制;利用比较转录组学筛选差异表达基因,初步解析PI 437654关键抗性相关基因功能。主要研究结果如下:1.SCN不同生理小种侵染PI 437654后线虫的发育进程存在显著差异。抗病品种PI 437654在接种SCN 1 d、4 d、8 d、12 d及18 d 5个时期,根内SCN主要龄期的数量均显著低于感病对照,发育速度明显慢于感病品种。SCN 3号生理小种(RACE 3)和4号生理小种(RACE 4)侵染大豆PI 437654后,RACE 3在侵染数目和发育进程上明显快于RACE 4,但RACE 4毒性更强。2.对接种不同生理小种及未接种处理后大豆根系合胞体的石蜡切片观察结果表明:未接种对照的大豆根系中柱随时间增长而不断增大;RACE 3侵入PI 437654后,可快速在维管束周围定殖并形成过敏性坏死反应,侵入中期已对中柱结构造成破坏,但随后合胞体迅速降解、面积减小;而RACE 4在皮层周围移动后才侵入到维管束周围,合胞体面积逐渐增大。3.RACE 3和RACE 4分别侵染PI 437654后,对大豆根系中SOD、POD、PAL、PPO 4种酶活性测定结果表明:RACE 3和RACE 4的处理组大豆根系内4种主要防御酶的活性均高于同时期未接种对照组。其中POD、PAL、PPO酶均在接种线虫后第1 d显著高于对照,受线虫侵染第4、8 d后,SOD活性高于对照。第18 d后,4种酶的活性均存在显著性差异,且接种RACE 3后酶活性高于接种RACE 4。4.对分别接种RACE 3和RACE 4后1 d、4 d、8 d、12 d和18 d 5个不同时间点的大豆PI 437654根系转录组测序结果表明,PI 437654应答RACE 3和RACE 4侵染后,均存在基因的差异表达。在接种1 d、4 d和8d,差异表达基因最多,分别为1290个、1201个和791个。GO功能注释发现,差异基因主要集中在氧化还原和催化活性上。接种后第12 d,共同差异表达基因相比于第8 d显著降至75个。这些差异基因主要涉及转运过程、定位过程、细胞外围扩展及质膜变化上。接种后第18 d,差异表达基因为62个。这些基因仍主要体现在氧化还原和催化过程上,此外还涉及细胞壁及胞外区域变化、金属离子结合和阳离子结合过程。5.通过对差异表达基因进行筛选,所筛选出的基因中包含4个已报道的SCN抗性基因(Glyma18g02580、GmSNAP18、Glyma18g02610、GmSHMT)和75个合胞体形成相关基因。在此基础上,对PI 437654接种RACE 3和RACE 4后三个基因的表达量进行验证,结果表明,分别接种2个生理小种后三个基因发挥作用的时期略有不同,接种RACE 3后三个基因均在第8 d、12 d和18 d高水平表达,而接种RACE 4后第1 d和4 d表达水平较高。同时,对4个已报道的合胞体形成和维持相关基因Glyma13g38040、Glyma17g13550、Glyma15g18210和Glyma05g17470进行RT-qPCR验证,结果显示,接种RACE 3与RACE 4后4个基因的表达量存在差异。受RACE 3侵染后4个基因的表达量在第8 d或第12 d水平较高;而受RACE 4侵染后基因Glyma13g38040、Glyma17g13550在第1 d高水平表达,基因Glyma15g18210、Glyma05g17470则分别在接种RACE 4后第12、18 d表达量最高。
    【学位授予单位】:湖南农业大学
    【学位级别】:硕士
    【学位授予年份】:2018
    【分类号】:S435.651

    【参考文献】
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