中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (14): 2701-2712.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.006
收稿日期:
2023-04-17
接受日期:
2023-05-17
出版日期:
2023-07-21
发布日期:
2023-07-21
通信作者:
联系方式:
冯向君,E-mail:fxj258091@126.com。王宏宇,E-mail:wanghongyu0828@163.com。冯向君和王宏宇为同等贡献作者。
基金资助:
FENG XiangJun(), WANG HongYu(
), YU Jing, CHI ChunYu, DING GuoHua(
)
Received:
2023-04-17
Accepted:
2023-05-17
Published:
2023-07-21
Online:
2023-07-21
摘要:
【背景】黄瓜易感多种病害,特别是枯萎病和白粉病,化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用,培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略。病程相关基因非表达子1(nonexpressor of pathogenesis- related genes 1,NPR1)是系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的关键调控因子,参与调控多种防御相关基因的表达,影响植物的抗病能力。【目的】在黄瓜中过表达AtNPR1,探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性,为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据。【方法】通过克隆拟南芥AtNPR1,构建AtNPR1过表达载体,利用农杆菌介导法转化黄瓜,获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株,利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量。选择T0代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定,T1代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定,测定转基因植株接种枯萎病菌(Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum)和白粉病菌(Golovinomyces cichoracearum)后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶活性变化及丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量的变化。【结果】成功获得8株T0代转基因植株,OE#4和OE#5为AtNPR1高表达植株,OE#3为AtNPR1低表达植株;通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现,过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达,并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关。其中,PR1、PR4和WRKY70的表达量上调极为显著。转基因植株的抗病性鉴定结果表明,在枯萎病和白粉病的胁迫下,转基因植株表现出更显著的抗性,发病缓慢、症状轻微,病斑面积显著低于野生型(WT)植株。转基因T0代植株OE#4和OE#5在接种枯萎病菌3 d后未出现明显病斑,接种7 d后出现灰褐色病斑,但未呈现萎蔫等状态;WT植株在接种3 d时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫,7 d时叶片出现严重萎蔫。接种白粉病菌7 d后,T1代植株OE#2和OE#7和WT植株均出现病斑,但OE#2和OE#7植株病斑面积显著低于WT植株;接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿,而转基因植株OE#2和OE#7病情较轻。与WT植株相比,接种病原菌后,转基因植株中MDA含量较低,SOD、POD、CAT活性保持较高水平,ROS含量累积较少。【结论】黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性。
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表1
下游相关基因的qPCR引物"
引物名称Primer name | 序列Sequence (5′-3′) |
---|---|
qPCR-CsPR1-F | TGGAGAAATACGCAAAGGATGG |
qPCR-CsPR1-R | CAGGCGGATCATAGTTACAAGTCA |
qPCR-CsPR2-F | CCCTCATTCGTTGGGCATTT |
qPCR-CsPR2-R | CGGCGTCTTTGTTTGATTGTGA |
qPCR-CsPR4-F | ATACGGTTGGACTGCCTTCTGT |
qPCR-CsPR4-R | CGAAGCTCCCGTTTCAGTGTTAG |
qPCR-CsPR5-F | GGTGCGATGGAGACTTGAGA |
qPCR-CsPR5-R | ACTATAAGCAGCAGGGCAAACT |
qPCR-CsWRKY70-F | CAAGTCCAGCGACTGCAAGACA |
qPCR-CsWRKY70-R | TTGGAGGAGCCGAGCACTATGT |
qPCR-CsLOX2-F | AATCAAAGCAGCCTTAGCAACAGC |
qPCR-CsLOX2-R | CCTTGACAATGGTGGATGAAGTGA |
qPCR-CsAOS-F | AAAAGGATTTGGCTGCTTCTGG |
qPCR-CsAOS-R | CACGACCTAATTTGGAATCTACCG |
qPCR-CsAPX1-F | TTCGTCTTGCATGGCACTCTG |
qPCR-CsAPX1-R | TCCTTGATCGGCTCCAATAGC |
qPCR-CsCAT2-F | CTTTCTTGTGCCGATTTCCTTC |
qPCR-CsCAT2-R | AAATTGCCCTCCCTGGTGTA |
图1
转基因植株的PCR鉴定和qRT-PCR表达量测定 A:AtNPR1表达载体结构示意图The structure of AtNPR1 expression vector。B:转化植株的PCR鉴定PCR identification of transformed plants。M:DNA Marker 2000;1:模板为水The template is water;2:模板为pBI121:AtNPR1 The template is pBI121: AtNPR1;3:模板为非转化植株DNA Non-transgenic cucumber materials;4—13:模板为转化植株DNA Transgenic plants。C:转基因植株中AtNPR1表达量分析Analysis of AtNPR1 expression in transgenic plants。WT:野生型Wild type;OE#3、OE#4、OE#5:转基因植株Transgenic lines;*:与WT的显著性Significance with WT; :组内差异显著性分析Intra-group difference significance analysis;*:P<0.05,**:P<0.01,***:P<0.001,****:P<0.0001。下同The same as below"
图4
接种枯萎病菌后T0代转基因植株抗氧化酶活性及ROS含量 A—D:分别为接种枯萎病菌前后T0代转基因植株叶片MDA含量,SOD、POD、CAT活性 MDA content, SOD, POD and CAT activities in leaves of T0 generation transgenic plants before and after F. oxysporum f. sp. cucumerinum inoculation, respectively;E:T0代转基因植株接种枯萎病菌后ROS含量的变化(NBT染色:叶片染色后呈现深蓝色,表示O2-含量;DAB染色:叶片染色后呈现棕褐色,表示H2O2含量)Changes of ROS content in T0 transgenic plants after inoculation with F. oxysporum f. sp. cucumerinum (NBT staining: The leaves show dark blue after dyeing, indicating O2- content; DAB staining: Leaves show brown after staining, indicating H2O2 content)"
图6
T1代转基因植株接种白粉病菌后抗氧化酶活性及ROS含量 A—D:分别为接种白粉病菌前后T1代转基因植株叶片MDA含量,SOD、POD、CAT活性MDA content, SOD, POD and CAT activities in leaves of T1 generation transgenic plants before and after G. cichoracearum inoculation, respectively;E:T1代转基因植株接种白粉病菌后ROS含量的变化(NBT染色:叶片染色后呈现深蓝色,表示O2-含量;DAB染色:叶片染色后呈现棕褐色,表示H2O2含量)Changes of ROS content in T1 transgenic plants after inoculation with G. cichoracearum (NBT staining: The leaves show dark blue after dyeing, indicating O2- content; DAB staining: Leaves are brown after staining, indicating H2O2 content)"
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doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.19.007 |
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