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： 水稻与稻瘟病菌互作系统对氮水平的响应及遗传机制研究
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY40.00 (估\呈缴)学位论文 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 水稻与稻瘟病菌互作系统对氮水平的响应及遗传机制研究/.刘艳芳著/.李成云, 王国梁指导 |
| 出版发行项： | 2022.11.28 |
| 载体形态项： | 149页:;+图表:;+30cm |
| 一般附注： | 植物保护学院,学号2018110015 |
| 提要文摘： | 氮是蛋白质、核酸、叶绿素等重要组成成分，参与植物光合作用、细胞分裂等许多生命活动。高水平氮供给会诱导植物感病，即“氮诱导感病性”（nitrogen induced susceptibility，NIS），但有时也会诱导植物抗病性增强。截止目前，围绕NIS开展的研究较少。NIS在不同类群、不同地理来源的品种中是否存在差异尚不清楚；氮诱导感病性（抗病性）过程中，植物防御反应在接种后不同时间里的响应机制鲜有报道；不同氮浓度条件下对应的NIS位点是否相同或相近等信息未知。由于氮是寄主和病原菌双方都需要的营养物质，研究不同基因型水稻在不同氮水平下对稻瘟病菌的响应及其遗传机制具有重要意义。 ?本研究使用水稻多样性群体库2（rice diversity panel 2，RDP2）中268份品种。在3个氮水平处理及稻瘟病菌95234I-1b菌株接种后，对群体的NIS效应进行评价；对NIS效应与水稻类群和地理分布类型间的关系进行分析；在高密度水稻芯片（high-density rice array，HDRA，700,000 SNPs）基因分型数据基础上，利用5个基因组关联分析（genome-wide association studies，GWAS）模型分别对3个氮处理条件下抗病性关联位点以及氮诱导感病性关联位点进行定位；筛选并分析4个品种的过氧化物酶（peroxidase，POD）活力、木质素含量、OsGS1-2和NADH-GOGAT2表达水平变化特征；研究叶鞘接种后稻瘟病菌营养方式转变的特征；对类病斑突变体SDS2-ACT氮代谢变化及其与抗病性间相关性进行研究。主要研究结果如下。 1. 氮水平的增加整体上诱导了268个品种对95234I-1b的感病性。除去75个强抗病和强感病品种后，193个品种在1N和2N条件下病情指数增幅分别为7.7%和10.75%；约32%品种NIS效应较小，即抗病性或感病性受氮浓度变化影响较小（氮诱导感病性指数nitrogen induced susceptibility index, NISI，在-1和1之间），约23%品种具有显著的NIS正效应（NISI＞3），即氮诱导感病性显著增加，约6%品种具有显著的NIS负效应（NISI＜-3），即氮诱导抗病性显著增加；热带粳稻、籼稻等3个类群以及来源于非洲和南美洲2个地理区域的品种整体上对95234I-1b抗病性较强，而aus等2个类群以及来源于欧洲等2个地理区域的品种整体上抗病性较弱；混合粳稻这1类群整体上NIS效应较小（NISI在-3至2之间），除该类群外，其他类群以及不同地理区域类型的品种在氮诱导感病性上无明显差别。 2. 本研究在病情指数和HDRA基因分型数据基础上，在-log10(p)为 6的阈值条件下，分别定位到12个、34个和47个与0N、1N和2N条件相对应的95234I-1b抗病性显著SNPs。其中，1N条件对应的9个显著SNPs位于6号染色体上，该区域可注释到编码CCCH型结构域锌指蛋白、WD40蛋白、糖基转移酶等基因。以氮诱导感病指数（NISI-1、NISI-2）为表型值、分别定位到66个和42个氮诱导感病性显著SNPs。本研究将紧密聚集在8号染色体上的10个NISI-1显著SNPs定位为NIS4。NIS4位点及其附近区域可定位到8个编码F-box蛋白的基因。有研究发现，病原菌可通过结合F-box改变植株抗病性。因此，本研究推测F-box可能参与了1N条件所诱导的感病性。在NISI-2显著SNPs中，SNP-2.3073421表型变异解释率最高，达20.06%。该SNP上下游200kb区域内，定位到19个编码富亮氨酸重复类受体蛋白激酶（leucine-rich repeat receptor-like kinase，LRR-RLK）基因，其中14个LRR-RLK未见报道，5个LRR-RLK与植株生长、产量相关。推测LRR-RLK可能通过调节植株生长和产量，参与了2N条件所诱导的感病性。此外，10号染色体上位置为15424211-19047341的区域内，包含了本研究NISI-1显著关联位点和NISI-2显著关联位点，以及已报道的NIS3，除该区域外，不同氮浓度对应的NIS关联位点大多数不同，极少数相近，意味着在氮诱导感病性上，不同氮水平通过不同机制以及少数通用机制诱导感病性。 3. 在寄主防御响应方面，POD活力增长整体上和NIS呈极显著负相关；NIS负效应品种的POD响应时间比NIS正效应品种早；高氮比低氮可以更显著地诱导NIS负效应品种提高POD活力对抗病原菌，而NIS正效应品种在氮肥增加后启动的POD抗性水平低于低氮条件。和POD类似，4个品种木质素含量变化与品种NIS效应呈极显著负相关；NIS负效应品种在高氮条件下稻瘟病侵染后木质素含量增加；而NIS正效应品种表现出相反的趋势，表明增加的氮肥不利于植株在接种后增加木质素含量，木质素介导的基础抗性在NIS正效应品种中受高氮水平限制。随着氮浓度增加，L-82（NIS正效应品种）24 hpi显著上调NAPH-GoGAT1基因，但之后不能持续上调该基因对抗氮诱导的感病性增加；而OsGS1-2的持续显著上调表明该基因正调控NIS。除寄主防御响应外，在稻瘟病菌营养方式转变方面，氮浓度增加可促使NIS负效应品种L-29和L-282中稻瘟病菌营养方式在48 hpi由活体向死体转变。本研究认为，病原菌侵入前（24 hpi）和侵入后（48 hpi）是NIS效应的两个关键阶段。 4. SDS2-ACT生长至类病斑初现时，取SDS2-ACT及其野生型Kitaake（苗龄一致）叶片进行转录组和代谢组分析，结果显示，SDS2-ACT中25条代谢通路高度富集，氮代谢等4条通路显著下调。在SDS2-ACT中，氮代谢的起始阶段氮同化显著下调。为满足氨基酸循环上调，天冬氨酸/天冬酰胺循环、ɑ-氧羧酸代谢等上调。另一方面，氮同化下调可能导致叶绿体中富集ROS。与此同时，为消除过多ROS对植物的伤害，与氮代谢紧密联系的谷氨酸相关通路及基因显著上调，包括谷氨酸脱羧，谷胱甘肽-S-转移酶（GST）基因。因此，SDS2-ACT氮代谢下调促进植物抗病性、抗氧化相关物质富集，提高了植株抗病性。 本研究定位到一个新的NIS关联位点NIS4，阐释了不同NIS效应品种在不同氮水平下的植物防御响应以及病原菌营养方式转变机制，探索了NIS遗传基础及调控机制，揭示了SDS2-ACT氮代谢特征及其在提高植物抗病性上的机制，为理解氮水平如何影响植物防御响应，如何打破寄主和病原菌间原有的互作促进抗病性或感病性提供数据。本研究将为明确不受氮变化影响的稳定的抗病性，建立有效的兼顾水稻产量和抗病性的氮肥管理奠定基础。 |
| 并列题名： | Responses and genetic mechanisms of rice-blast fungus interaction system on nitrogen levels eng |
| 题名主题： | 水稻 稻瘟病 氮诱导感病性 基因组关联分析 GS/GOGAT循环 学位论文 |
| 中图分类： | S435.11-533 |
| 个人名称等同： | 刘艳芳 著 |
| 个人名称次要： | 李成云 指导 |
| 个人名称次要： | 王国梁 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20240411 |