前期研究表明,在玉米大斑病菌中存在9个漆酶样多铜氧化酶,其中漆酶基因StLAC2敲除导致黑色素含量降低,不能产生分生孢子,直接影响侵染能力。为进一步研究漆酶基因家族基因在生物学功能上的差异,本文利用同源重组技术创制StLAC6基因敲除突变体并对其对玉米大斑病菌生长发育、致病、杀菌剂抗性等方面的作用进行研究。结果表明通过同源重组技术成功创制了2株StLAC6基因敲除突变体,分析发现StLAC6基因缺失后对玉米大斑病菌的生长、菌丝形态和侵染能力没有显著影响,而且突变体细胞壁及细胞膜功能均正常。进一步对其超微结构进行分析发现,StLAC6基因敲除突变体菌丝中的过氧化物酶体形态异常,影响了菌丝内脂滴合成,同时敲除突变体中的酚类化合物和黑色素的合成增加。通过比较野生型和突变体的EC50值,发现StLAC6敲除导致病菌对嘧菌环胺、三环唑、吡唑醚菌酯等多种常见杀菌剂的敏感性增加,表明漆酶参与了玉米大斑病菌对杀菌剂的抗性。为了明确漆酶基因家族成员的关系,对StLAC6敲除突变体中其他漆酶基因的表达进行分析,发现StLAC1等多个玉米大斑病菌漆酶基因的表达水平发生了显着变化,说明漆酶基因家族成员间存在功能互补。本文为研究植物病原真菌中漆酶基因家族的功能和相互关系提供了新的见解。
增加种植密度是提高玉米产量的有效措施。然而,密植容易引发植物的避荫反应综合征,导致抗倒伏能力下降,最终导致产量降低。光敏色素B(phyB)在植物避荫反应中起主导作用。研究表明,将拟南芥PHYB(AtPHYB)104和361位的酪氨酸(Y)改变为苯丙氨酸(F)可以增强其活性。在本研究中,我们通过模拟AtPHYB的Y104F和Y361F的突变形式,创制了两个玉米PHYB1超敏突变体: ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F。在ZmPHYB1自身启动子的驱动下,将ZmPHYB1Y98F、ZmPHYB1Y359F和野生型的ZmPHYB1 (ZmPHYB1WT)转入到拟南芥phyB-9突变体中。在转基因拟南芥中,与ZmPHYB1WT相比,异源表达ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F增强了对phyB-9相关表型的互补功能。与ZmPHYB1WT相似,红光处理可诱导ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F蛋白从细胞质中转运到细胞核,并且能够与玉米中的PIF蛋白互作。此外,在模拟遮荫处理下,ZmPHYB1自身启动子驱动的ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F在转基因玉米中的表达可以减弱玉米幼苗的避荫反应综合征,还能够降低玉米植株的株高和穗位高。综上所述,研究结果表明ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F能够减弱玉米的避荫反应综合征,为培育耐密玉米品种提供了新思路。
夏玉米品种及其种植密度是影响玉米抗倒伏能力的主要因素。本试验从木质素代谢的角度来探究不同玉米品种的抗倒伏能力及其种植密度调控。研究结果表明,抗倒伏夏玉米品种登海605 (DH605)具有较低的重心和良好的茎秆形态特征,这是其抗倒伏能力显著高于浚单20(XD20)的原因之一。DH605的木质素积累量、木质素合成途径关键酶活性以及G、S和H型木质素单体含量均显著高于XD20。随着种植密度的增加,两种品种的茎秆机械强度、木质素积累量和木质素合成途径关键酶活性均显著降低,G型木质素单体含量呈现先减少后保持稳定的趋势,S型木质素单体含量呈下降趋势,H木质素型单体含量呈上升趋势。相关性分析表明,倒伏率与植株性状及木质素代谢显著相关。因此,抗倒伏能力强的玉米具有木质素积累量高、木质素合成途径关键酶活性高、S型单体含量高、重心低、茎穿刺强度高、皮质厚度高、维管束面积小等特点,同时,高种植密度降低了茎秆木质素的积累、酶活性和机械强度,进而导致倒伏率提高。