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转基因小麦的培育及外源核黄素诱导小麦增强对白粉菌抗性的研究

作　者: 杜文超
导　师: 董汉松
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物病理学
关键词: 白粉菌核黄素 NtTTG2和hapG10-42 转基因甘露糖
分类号: S435.121.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

小麦是我国重要的农作物,小麦病虫害是长期困扰农业生产的顽疾。为了培育优质小麦品种和选择生物源农药获得小麦品质上更好的效益,我们采取了转基因的方法获得优良品种,并探索了核黄素对小麦白粉病的防治效果和机制。在植物转基因上应用的筛选体系一般可分为正向筛选体系和负向筛选体系,通常转基因植物中含有带有抗生素或抗除草剂的筛选标记基因,这些选择标记基因的存在引发了食品和环境的生物安全问题。因此我们采用了在安全性方面具有优势的正向筛选体系PMI基因/甘露糖筛选体系进行了本实验的研究。核黄素是一种发现不久的动植物抗病类激发子,本实验室研究表明外施核黄素在拟南芥和烟草上可以引起对多种菌株的防卫反应,对增强植物防病抗病的能力起到了一定的功效。本实验对核黄素的研究表明通过对生长到一定时期小麦叶片外施核黄素,能够在小麦上起到预防小麦白粉病的作用,对这一现象的研究表明核黄素诱导的小麦叶片中过氧化氢含量的升高是防卫反应的关键。1.转基因小麦的培育抗性本研究使用我们实验室已经克隆并进行了详细研究的NtTTG2基因和HapG10-42,其产物都能诱导或调控植物生长与防卫反应信号传导。NtTTG2属于表皮毛蛋白,与NtTTG1有着80%以上的同源性,可以接受生物激发子蛋白信号,可能与启动植物过敏反应和系统性获得抗性有着密切关联。水稻条斑病菌编码harpin蛋白HapGXooc的基因的功能片段hapG10-42。这种蛋白质在小麦上使用,能防治病害、促进小麦营养生长,对禾谷镰刀菌无直接影响,但植物诱导抗性的发生可以抑制植物与病菌的接触识别和病菌DON的产生。扬麦16和扬麦158经过实验室多年的实验表明,这两种小麦品种在转基因效率方面存在较大优势,将扬麦16和扬麦158的幼胚黑暗条件下培养两周后形成外植体,利用基因枪介导的小麦转基因技术,将目的基因转入愈伤组织,利用甘露糖筛选获得转基因植株。结果表明以扬麦16和扬麦158为对象采集幼胚,进行转基因小麦的培育能够有效地获得转基因植株；选择MS为基础的系列培养基诱导愈伤组织的生长,利用甘露糖筛选体系的优化作为小麦遗传转化的筛选标记是小麦转基因筛选的可行方法。2.外施核黄素诱导小麦幼苗对白粉菌的抗性用5、10、15、25mg/L的核黄素处理3叶期的小麦植株连续3天,12小时后接种一定浓度的小麦白粉病菌分生孢子,结果发现处理后的小麦幼苗能够增强对白粉病菌的抵抗能力。接种白粉菌后的3天内,核黄素处理的幼苗不发病,而对照植株则出现数目不等的病斑菌落。接菌第7天后核黄素处理的麦苗发病等级与对照相比显著降低。进一步的研究表明,小麦幼苗喷施核黄素后叶片中H202有显著的上升表达,在一定浓度范围内,核黄素的浓度与叶片中过氧化氢的量相关,但不同浓度之间诱导小麦抗病能力没有显著差异,诱导抗病持久性也没有显著差异。接种白粉病菌后12小时内观测表明过氧化氢含量呈明显升高状态,对照植株过氧化氢含量也有上升表达。核黄素处理的同时加入过氧化氢清除剂CAT核黄素诱导抗病的现象消失,表明核黄素抑制小麦白粉病菌依赖于过氧化氢的过量产生,核黄素在叶表分解最初产生的过氧化氢启动了植物体内抗病信号的系列表达。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
上篇文献综述  10-32
  第一章抗赤霉病和抗蚜虫小麦转基因非抗生素标记筛选  10-20
    1 小麦赤霉病及蚜虫发病基本概况  10-12
    2 抗赤霉病和抗蚜虫的基因功能简介  12-14
      2.1 基因编码信号传导调控因子NtTTG1  12-14
      2.2 基因编码激发子蛋白hapG_(Xooc)  14
    3 小麦转基因技术和筛选体系的研究进展  14-20
      3.1 转基因小麦研究进展  15
      3.2 受体系统  15-16
      3.3 小麦遗传转化方法  16-17
      3.4 植物激素对组织培养的影响  17
      3.5 正向筛选体系  17-20
  第二章白粉菌对小麦等作物的危害及防治策略  20-24
    1 白粉病菌对小麦等作物的危害  20-21
    2 白粉病的防治策略  21
    3 植物抗白粉病的研究  21-24
  第三章核黄素及其光解产物活性氧生物功能  24-32
    1 核黄素及衍生物的生物功能  24-26
    2 核黄素在植物抗病防卫和生长信号传导中的作用  26-29
    3 核黄素的光敏化特性  29
    4 活性氧在植物-病原物互作中的作用  29-32
下篇研究报告  32-54
  第一章抗赤霉病和抗蚜虫小麦转基因的培育  32-44
    摘要  32-33
    1 材料与方法  33-38
      1.1 植物材料与与质粒载体  33-36
      1.2 实验方法  36-38
    2 结果与分析  38-42
      2.1 抗赤霉病和抗蚜虫新型载体的构建  38-39
      2.2 小麦幼胚的获取和愈伤组织的诱导分化  39-41
      2.3 转化植株的分子PCR检测  41-42
    ABSTRACT  42-44
  第二章外施核黄素诱导小麦对白粉病菌的抗性  44-54
    摘要  44-46
    1 材料和方法  46-47
      1.1 植物材料与培养  46
      1.2 核黄素处理方法  46-47
      1.3 接种白粉病菌菌株及菌落生长测定  47
      1.4 喷施核黄素后叶片中过氧化氢含量的检测  47
    2 结果与分析  47-50
      2.1 核黄素处理诱导麦苗增强抵抗白粉病菌侵染的能力  47-48
      2.2 喷施核黄素后叶片中H_2O_2含量升高  48-49
      2.3 接种白粉病菌后叶片中H_2O_2含量变化  49-50
      2.4 H_2O_2在核黄素激发小麦抗白粉菌的防卫反应中的作用  50
    3 讨论  50-53
    ABSTRACT  53-54
全文总结  54-56
创新之处  56-58
参考文献  58-64
致谢  64

转基因小麦的培育及外源核黄素诱导小麦增强对白粉菌抗性的研究

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