中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (19): 3759-3771.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.005
张钰佳1(), 崔凯文1, 段力升1, 曹爱萍1,2, 谢全亮1,2, 沈海涛1,2, 王斐1,2(
), 李鸿彬1,2(
)
收稿日期:
2022-12-31
接受日期:
2023-04-06
出版日期:
2023-10-01
发布日期:
2023-10-08
通信作者:
联系方式:
张钰佳,E-mail:1427740428@qq.com。
基金资助:
ZHANG YuJia1(), CUI KaiWen1, DUAN LiSheng1, CAO AiPing1,2, XIE QuanLiang1,2, SHEN HaiTao1,2, WANG Fei1,2(
), LI HongBin1,2(
)
Received:
2022-12-31
Accepted:
2023-04-06
Published:
2023-10-01
Online:
2023-10-08
摘要:
【目的】肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素合成途径中的关键酶,在增强植物机械强度、抵御病原菌入侵等方面发挥重要作用。鉴定海岛棉GbCAD、GbCAD-LIKE(GbCADL)基因家族成员,并对其表达特征及其在黄萎病抗性中的作用进行分析,为棉花抗黄萎病机制的解析及抗病育种提供参考。【方法】利用生物信息学方法对海岛棉GbCAD、GbCADL基因家族成员进行鉴定,并对其染色体定位、系统发育关系、基因结构、启动子顺式元件的预测进行系统分析。通过获得公开释放的转录组数据和实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析GbCAD基因及GbCADL基因的表达特征。利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术对GbCAD基因及GbCADL基因进行功能分析。【结果】从海岛棉中鉴定到25个GbCAD基因(分布在10条染色体)和34个GbCADL基因(分布在17条染色体)。GbCAD基因分为3个亚组,GbCADL基因分为4个亚组,同一个组内基因含有相似的外显子-内含子结构和保守结构域。GbCAD基因和GbCADL基因具有不同的转录表达特征,其启动子中含有多种激素和胁迫响应元件。转录组数据和qRT-PCR显示,GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL5A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达受大丽轮枝菌诱导,尤其是GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达在大丽轮枝菌处理后显著增加。利用VIGS技术,将显著受大丽轮枝菌诱导表达的GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D分别在棉花中沉默,分析VIGS株系对大丽轮枝菌抗性的变化。结果显示,与对照植株相比,VIGS株系对大丽轮枝菌的抗性显著降低。二氨基联苯胺(DAB)染色结果显示,在未受到黄萎病侵染时,VIGS植株和对照植株的染色程度无显著差异;在大丽轮枝菌处理6 h后,与对照植株相比,沉默株系GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D均表现出较深的着色,表明在沉默株系中有较高的活性氧累积。茎的切片结果显示,大丽轮枝菌处理后,TRV:GbCAD10A/D、TRV:GbCADL4A/D、TRV:GbCADL6A/D、TRV:GbCADL7A/D沉默株系的茎维管组织表现出明显的深褐色,表明其对大丽轮枝菌的抗性显著降低。【结论】抑制GbCAD10A/D、GbCADL4A/D、GbCADL6A/D、GbCADL7A/D的表达可以显著降低棉花对大丽轮枝菌的抗性。
张钰佳, 崔凯文, 段力升, 曹爱萍, 谢全亮, 沈海涛, 王斐, 李鸿彬. 海岛棉CAD和CAD-Like基因家族的鉴定、表达及其对大丽轮枝菌的响应[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3759-3771.
ZHANG YuJia, CUI KaiWen, DUAN LiSheng, CAO AiPing, XIE QuanLiang, SHEN HaiTao, WANG Fei, LI HongBin. Identification and Expression of CAD and CAD-Like Gene Families from Gossypium barbadense and Their Response to Verticillium dahliae[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(19): 3759-3771.
[1] |
doi: 10.3390/ijms21031120 |
[2] |
马峙英, 李兴红, 孙济中, 刘金兰. 棉花黄萎病菌致病力分化与寄主抗病性遗传研究进展. 棉花学报, 1996, 8(4): 172-176.
|
|
|
[3] |
doi: 10.1104/pp.110.161281 pmid: 20921184 |
[4] |
doi: 10.1104/pp.110.167254 |
[5] |
doi: 10.1006/pmpp.2001.0320 |
[6] |
doi: S0958-1669(15)00162-7 pmid: 26775114 |
[7] |
doi: 10.1111/jipb.v63.1 |
[8] |
耿飒, 徐存拴, 李玉昌. 木质素的生物合成及其调控研究进展. 西北植物学报, 2003, 23(1): 171-181.
|
|
|
[9] |
doi: 10.3389/fpls.2018.01427 pmid: 30323825 |
[10] |
doi: S0958-1669(18)30062-4 pmid: 30684783 |
[11] |
doi: 10.1111/mpp.2012.13.issue-8 |
[12] |
doi: 10.1105/tpc.16.00954 |
[13] |
doi: 10.1111/tpj.v100.4 |
[14] |
doi: 10.3389/fpls.2019.00526 |
[15] |
金贺. 大豆胞囊线虫胁迫下微紫青霉处理对GmC4H和GmCAD的影响及抗性机制研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2022.
|
|
|
[16] |
doi: 10.1016/0885-5765(90)90025-S |
[17] |
doi: S0176-1617(17)30304-8 pmid: 29277026 |
[18] |
doi: 10.1590/S0100-41582001000400004 |
[19] |
doi: 10.1186/1471-2229-10-232 |
[20] |
doi: 10.1093/jxb/err245 pmid: 21862479 |
[21] |
doi: 10.1007/s00299-021-02672-x |
[22] |
doi: 10.1094/MPMI-03-20-0071-R |
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1534/genetics.108.098996 |
[25] |
doi: 10.1105/tpc.105.030767 |
[26] |
doi: 10.1007/s11103-020-01018-7 |
[27] |
pmid: 27899932 |
[28] |
doi: 10.1111/mpp.2010.11.issue-1 |
[29] |
doi: 10.3389/fpls.2022.1050216 |
[30] |
陈敏, 林元秘, 朱文姣, 杨清. 茄子miR171b在抵抗黄萎病菌侵染中的功能. 农业生物技术学报, 2022, 30(7): 1268-1278.
|
|
|
[31] |
doi: 10.1007/s11105-012-0413-y |
[32] |
doi: 10.1016/j.plaphy.2013.05.027 |
[33] |
王卓, 徐碧玉, 贾彩红, 李健平, 刘菊华, 张建斌, 苗红霞, 金志强. 香蕉肉桂醇脱氢酶基因的克隆及表达分析. 西北植物学报, 2015, 35(7): 1305-1310.
|
|
|
[34] |
|
[35] |
pmid: 15452707 |
[36] |
doi: 10.1534/genetics.108.098996 |
[37] |
doi: 10.1186/1471-2229-9-26 |
[38] |
doi: 10.3389/fpls.2022.840397 |
[39] |
pmid: 12153706 |
[40] |
doi: 10.1016/j.plantsci.2013.06.008 |
[41] |
doi: 10.1111/mpp.2010.11.issue-1 |
[42] |
doi: 10.1093/jxb/ern290 pmid: 19039100 |
[43] |
段雅婕, 杨宝明, 郭志祥, 尹可锁, 胡会刚, 曾莉, 白亭亭. 外源水杨酸诱导香蕉苯丙烷类代谢提高对枯萎病抗性. 热带作物学报, 2022, 43(9): 1870-1879.
|
|
|
[44] |
李婷婷. 疫霉菌Avr3a家族效应蛋白保守靶标CAD7的鉴定与功能研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2017.
|
|
[1] | 罗万珍, 王丹, 齐宏玥, 王彤, 刘政, 田李, 戴小枫, 陈捷胤, 麦合木提江·米吉提. 拮抗细菌KRS022的鉴定及对大丽轮枝菌的抑制效果[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 649-664. |
[2] | 张开京, 何帅帅, 贾利, 胡玉超, 杨德坤, 陆晓民, 张其安, 严从生. 黄瓜DIR家族基因的全基因组鉴定及其表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4): 711-728. |
[3] | 刘瑞, 赵羽涵, 付忠举, 顾欣怡, 王艳霞, 靳学慧, 杨莹, 吴伟怀, 张亚玲. 黑龙江省和海南省PWL基因家族在稻瘟病菌中的分布及变异[J]. 中国农业科学, 2023, 56(2): 264-274. |
[4] | 张昕, 杨星宇, 张超然, 张冲, 郑海霞, 张仙红. 绿豆象热激蛋白超家族基因的鉴定及表达分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3814-3828. |
[5] | 孔乐辉, 宗德乾, 史青尧, 殷盼盼, 巫文玉, 田鹏, 单卫星, 强晓玉. 马铃薯StCYP83基因家族鉴定及其抗晚疫病的功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3124-3139. |
[6] | 贺丹, 尤啸龙, 何松林, 张明星, 张佼蕊, 华超, 王政, 刘艺平. 芍药胼胝质合成酶基因家族鉴定及PlCalS5功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(16): 3183-3198. |
[7] | 董永鑫,卫其巍,洪浩,黄莹,赵延晓,冯明峰,窦道龙,徐毅,陶小荣. 在中国大豆品种上创建ALSV诱导的基因沉默体系[J]. 中国农业科学, 2022, 55(9): 1710-1722. |
[8] | 赖春旺, 周小娟, 陈燕, 刘梦雨, 薛晓东, 肖学宸, 林文忠, 赖钟雄, 林玉玲. 龙眼乙烯合成途径基因鉴定及响应ACC处理的分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(3): 558-574. |
[9] | 郭绍雷, 许建兰, 王晓俊, 宿子文, 张斌斌, 马瑞娟, 俞明亮. 桃XTH家族基因鉴定及其在桃果实贮藏过程中的表达特性[J]. 中国农业科学, 2022, 55(23): 4702-4716. |
[10] | 陈凤琼, 陈秋森, 林佳昕, 王雅亭, 刘汉林, 梁冰若诗, 邓艺茹, 任春元, 张玉先, 杨凤军, 于高波, 魏金鹏, 王孟雪. 番茄DIR基因家族鉴定及其对非生物胁迫响应的分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(19): 3807-3821. |
[11] | 赵玎玲,王梦璇,孙天杰,苏伟华,赵志华,肖付明,赵青松,闫龙,张洁,王冬梅. 大豆单锌指蛋白基因GmSZFP的克隆及其在SMV与寄主互作中的功能[J]. 中国农业科学, 2022, 55(14): 2685-2695. |
[12] | 赫可伟,陈甲法,周子键,吴建宇. 基于宿主诱导的基因沉默技术创制抗拟轮枝镰孢玉米自交系[J]. 中国农业科学, 2021, 54(9): 1835-1845. |
[13] | 王娜,赵资博,高琼,何守朴,马晨辉,彭振,杜雄明. 陆地棉盐胁迫应答基因GhPEAMT1的克隆及功能分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(2): 248-260. |
[14] | 赵卫松,郭庆港,苏振贺,王培培,董丽红,胡卿,鹿秀云,张晓云,李社增,马平. 马铃薯健株与黄萎病株根际土壤真菌群落结构及其对碳源利用特征[J]. 中国农业科学, 2021, 54(2): 296-309. |
[15] | 郑逢盛,王海华,邬清韬,申权,田建红,彭喜旭,唐新科. 苦荞VQ基因家族的全基因组鉴定及其在叶斑病原与激素处理下的表达谱分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(19): 4048-4060. |
|