【目的】揭示小麦抗条锈病反应中叶绿体代谢物变化,明确小麦叶绿体关键代谢产物在抗条锈病中的作用。【方法】以小麦品种水源11为试验材料,设置喷施无菌水(对照组)和接种条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)生理小种CYR23(试验...【目的】揭示小麦抗条锈病反应中叶绿体代谢物变化,明确小麦叶绿体关键代谢产物在抗条锈病中的作用。【方法】以小麦品种水源11为试验材料,设置喷施无菌水(对照组)和接种条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)生理小种CYR23(试验组),提取喷施后48和72 h(hour post infection,hpi)的小麦叶绿体,利用超高液相色谱串联质谱(UHPLC-MS/MS)进行广泛非靶向代谢组学分析,通过主成分分析和相关性分析展示各组间和组内样本的差异性与相关性,并采用正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型的VIP(variable importance in projection)值来评估抗病组与对照组的叶绿体代谢物差异;通过京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库对叶绿体差异代谢物进行通路富集分析,探究小麦在条锈病抗性反应中叶绿体的主要代谢通路。【结果】代谢组数据质量可靠,组内样品重复性好,且组间样品存在差异。共检测到1 496种代谢物,主要包括脂质及类脂分子、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物、苯丙类和聚酮类物质、有机氧化物、苯类化合物等。不同组间代谢物种类较为相似,但在不同侵染时间代谢物含量变化显著。在48 hpi与对照组(CK)中,差异代谢物有121种,包括21种上调代谢物和100种下调代谢物;72 hpi与CK组中,差异代谢物有58种,其中35种上调,23种下调;72与48 hpi组中,差异代谢物有53种,其中33种上调,20种下调。不同侵染时间48 hpi vs CK与72 hpi vs CK也共有4种差异代谢物。KEGG分析发现差异代谢物富集到多条代谢通路,其中亚油酸代谢通路中的亚油酸在接种条锈菌48和72 h后均上调表达,两个时间点分别上调表达2.75和2.93倍,表明亚油酸受条锈菌诱导持续合成。【结论】叶绿体中响应小麦抗条锈病的主要代谢物有脂质和脂肪酸及其衍生物、有机酸及其衍生物、有机氧化物和苯丙类、聚酮类物质,其中亚油酸可能在小麦持续抵抗条锈病过程中起重要作用。展开更多
小麦矮缩病毒(wheat dwarf virus,WDV)引起的小麦矮缩病是一种危害严重的小麦病害。为研究小麦与WDV的互作机制,本研究首先以小麦为供试材料,提取小麦幼苗叶片和根组织的总RNA,采用SMART(switching mechanism at 5′end of RNA transcri...小麦矮缩病毒(wheat dwarf virus,WDV)引起的小麦矮缩病是一种危害严重的小麦病害。为研究小麦与WDV的互作机制,本研究首先以小麦为供试材料,提取小麦幼苗叶片和根组织的总RNA,采用SMART(switching mechanism at 5′end of RNA transcript)技术构建了小麦全长cDNA文库。该文库滴度大于4×10^(9)cfu/mL、初级文库库容量超过3.6×10^(6)cfu,插入片段长度在500~2000 bp之间,平均长度大于1000 bp,重组率约100%,成功获得了高质量的小麦cDNA文库。为筛选与WDV复制蛋白(replication protein,Rep)互作的寄主因子,构建了酵母双杂交诱饵载体pGBKT7-Rep,验证其无毒性和自激活现象后,利用构建的文库初步筛选出32个与WDV-Rep蛋白发生相互作用的候选靶标蛋白。在此基础上,采用酵母双杂交系统对筛选获得的10个候选蛋白进行一对一互作验证,最终确定其中8个蛋白与WDV-Rep存在相互作用。生物信息学分析表明,这些阳性互作蛋白包括锌指转录因子TFⅢA、去SUMO化酶DeSI、E3泛素连接酶BRE1等,其功能涉及基因转录调控、蛋白质泛素化修饰、植物抗逆防御应答、光合作用能量转换和RNA加工等多个关键生物学过程。该研究为深入解析WDV致病机理和寄主抗病机制提供了材料和理论基础。展开更多
小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的重要病害,不仅造成了严重产量损失,其产生的真菌毒素更威胁了粮食安全。该病害具有“可防不可治”的特点,目前主要依赖化学防治,但长期使用化学药剂易...小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的重要病害,不仅造成了严重产量损失,其产生的真菌毒素更威胁了粮食安全。该病害具有“可防不可治”的特点,目前主要依赖化学防治,但长期使用化学药剂易导致病原菌抗药性和环境污染。为开发绿色防控方法,本研究从小麦根际土壤中筛选获得13种生防菌,其中第12号菌株[鉴定为瓜果腐霉(Pythium aphanidermatum)]表现出显著抑菌效果。结果显示,该菌株在平板对峙实验中,使病原菌菌落直径减少69.2%(1.47 mm vs.对照组4.78 mm),抑制率达77%(P<0.01)。显微观察发现病原菌菌丝出现明显畸变,表明存在溶菌作用。胚芽鞘实验进一步证实,菌株预处理可使发病率降至0。本研究为小麦赤霉病的生物防治提供了新的候选菌株,并为减少化学农药使用、促进农业可持续发展提供了科学依据。展开更多
The NAC(NAM,ATAF1/2,and CUC2)is a defense-associated transcription factor(TF)family that positively regulates defense responses to pathogen infection.TaNAC069 positively regulates resistance in wheat to Puccinia triti...The NAC(NAM,ATAF1/2,and CUC2)is a defense-associated transcription factor(TF)family that positively regulates defense responses to pathogen infection.TaNAC069 positively regulates resistance in wheat to Puccinia triticina(Pt).However,the molecular mechanism of its interaction with a Pt effector is not clear.We found that Pt effector Pt-1234 interacts with TaNAC069 to subvert host immunity during Pt infection.Quantitative real-time PCR analysis showed that expression of Pt-1234 was significantly upregulated during the early stage of Pt infection.Protein-mediated cell death assays in wheat showed that the Pt-1234 protein was unable to induce cell death in wheat near-isogenic lines carrying different leaf rust resistance genes,whereas it suppressed BAX-induced cell death in leaves of Nicotiana benthamiana.Silencing of Pt-1234 by host-induced gene silencing(HIGS)significantly reduced the virulence of Pt in the susceptible wheat variety Thatcher.The C subdomain of TaNAC069 was responsible for its interaction with Pt-1234,and the E subdomain was required for TaNAC069-mediated defense responses to Pt in planta.These findings indicate that Pt utilizes Pt-1234 to interact with wheat transcription factor TaNAC069 through its C subdomain,thereby modulating wheat immunity.展开更多
文摘【目的】揭示小麦抗条锈病反应中叶绿体代谢物变化,明确小麦叶绿体关键代谢产物在抗条锈病中的作用。【方法】以小麦品种水源11为试验材料,设置喷施无菌水(对照组)和接种条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)生理小种CYR23(试验组),提取喷施后48和72 h(hour post infection,hpi)的小麦叶绿体,利用超高液相色谱串联质谱(UHPLC-MS/MS)进行广泛非靶向代谢组学分析,通过主成分分析和相关性分析展示各组间和组内样本的差异性与相关性,并采用正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)模型的VIP(variable importance in projection)值来评估抗病组与对照组的叶绿体代谢物差异;通过京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库对叶绿体差异代谢物进行通路富集分析,探究小麦在条锈病抗性反应中叶绿体的主要代谢通路。【结果】代谢组数据质量可靠,组内样品重复性好,且组间样品存在差异。共检测到1 496种代谢物,主要包括脂质及类脂分子、有机酸及其衍生物、有机杂环化合物、苯丙类和聚酮类物质、有机氧化物、苯类化合物等。不同组间代谢物种类较为相似,但在不同侵染时间代谢物含量变化显著。在48 hpi与对照组(CK)中,差异代谢物有121种,包括21种上调代谢物和100种下调代谢物;72 hpi与CK组中,差异代谢物有58种,其中35种上调,23种下调;72与48 hpi组中,差异代谢物有53种,其中33种上调,20种下调。不同侵染时间48 hpi vs CK与72 hpi vs CK也共有4种差异代谢物。KEGG分析发现差异代谢物富集到多条代谢通路,其中亚油酸代谢通路中的亚油酸在接种条锈菌48和72 h后均上调表达,两个时间点分别上调表达2.75和2.93倍,表明亚油酸受条锈菌诱导持续合成。【结论】叶绿体中响应小麦抗条锈病的主要代谢物有脂质和脂肪酸及其衍生物、有机酸及其衍生物、有机氧化物和苯丙类、聚酮类物质,其中亚油酸可能在小麦持续抵抗条锈病过程中起重要作用。
文摘小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的重要病害,不仅造成了严重产量损失,其产生的真菌毒素更威胁了粮食安全。该病害具有“可防不可治”的特点,目前主要依赖化学防治,但长期使用化学药剂易导致病原菌抗药性和环境污染。为开发绿色防控方法,本研究从小麦根际土壤中筛选获得13种生防菌,其中第12号菌株[鉴定为瓜果腐霉(Pythium aphanidermatum)]表现出显著抑菌效果。结果显示,该菌株在平板对峙实验中,使病原菌菌落直径减少69.2%(1.47 mm vs.对照组4.78 mm),抑制率达77%(P<0.01)。显微观察发现病原菌菌丝出现明显畸变,表明存在溶菌作用。胚芽鞘实验进一步证实,菌株预处理可使发病率降至0。本研究为小麦赤霉病的生物防治提供了新的候选菌株,并为减少化学农药使用、促进农业可持续发展提供了科学依据。
基金funded by State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation(NCCIR2023ZZ-10)the National Natural Science Foundation of China(32172384 and 31501623)+1 种基金the Natural Science Foundation of Hebei(C2020204028)the Science and Technology Research Project of Higher Education of Hebei(ZC2023178).
文摘The NAC(NAM,ATAF1/2,and CUC2)is a defense-associated transcription factor(TF)family that positively regulates defense responses to pathogen infection.TaNAC069 positively regulates resistance in wheat to Puccinia triticina(Pt).However,the molecular mechanism of its interaction with a Pt effector is not clear.We found that Pt effector Pt-1234 interacts with TaNAC069 to subvert host immunity during Pt infection.Quantitative real-time PCR analysis showed that expression of Pt-1234 was significantly upregulated during the early stage of Pt infection.Protein-mediated cell death assays in wheat showed that the Pt-1234 protein was unable to induce cell death in wheat near-isogenic lines carrying different leaf rust resistance genes,whereas it suppressed BAX-induced cell death in leaves of Nicotiana benthamiana.Silencing of Pt-1234 by host-induced gene silencing(HIGS)significantly reduced the virulence of Pt in the susceptible wheat variety Thatcher.The C subdomain of TaNAC069 was responsible for its interaction with Pt-1234,and the E subdomain was required for TaNAC069-mediated defense responses to Pt in planta.These findings indicate that Pt utilizes Pt-1234 to interact with wheat transcription factor TaNAC069 through its C subdomain,thereby modulating wheat immunity.
