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菊花近缘种属植物白锈病抗性鉴定及其抗性机理研究

花匠小妙招
2024-10-12 13:32

菊花近缘种属植物白锈病抗性鉴定及其抗性机理研究

【摘要】： 菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)是我国十大传统名花也是产销量第二的世界四大切花之一,在国际花卉贸易中占有十分重要的地位,是我国出口创汇的重要农产品之一。然而,由于春秋两季菊花的设施栽培环境低温高湿,很容易导致菊花白锈病的爆发和蔓延。菊花白锈病主要危害叶片和幼嫩的花芽,影响植株的生长发育,在叶片及花萼上留下黄白色瘤状冬孢子堆,严重影响菊花观赏品质。由于白锈病危害大,传播快,根治难,世界上大部分国家已将白锈病列为重要的检疫病害。目前,大部分国内菊花生产企业对菊花白锈病的防治基本束手无策,仅仅依靠几种昂贵的进口药剂才能得到一些缓解,普通杀菌剂几乎无效。然而过度采用这样的化学方法,不仅消耗人力物力、增加生产成本、造成环境污染,而且还会导致病原菌产生抗药性,更加难以防治。因此,白锈病的防治已成为菊花产业化生产中的一道障碍,创造抗白锈病的菊花新种质成为菊花抗性育种中的一大课题。目前关于菊花白锈病的研究尚处于起步阶段,从具有切花菊不具备的多种优良抗性的菊花近缘种属植物中鉴定抗白锈病的种质资源和抗白锈病相关的生理分子机理研究尚未见报道。本研究以此为切入点,对19种菊花近缘种属植物进行了两次独立人工接种白锈病的抗性鉴定,比较分析了不同抗性材料间抗病相关叶片结构特征、接种白锈病13d内抗氧化酶与防御酶活性的连续变化,并基于RNA-seq测序技术对免疫型抗白锈病材料大岛野路菊进行了人工接种白锈病前后相关表达谱分析。主要研究结果如下:1.菊花近缘种属植物抗白锈病鉴定对19种菊花近缘种属植物(4份亚菊属,15份菊属)进行了两次独立的白锈病人工接种重复实验。结果表明,不同材料对白锈病的抗性存在显著差异,具体表现为免疫、高抗、中抗、中感到高感。其中大部分野菊、那贺川野菊、若狭滨菊、菊花脑、毛华菊、甘菊、大岛野路菊接种后叶片无肉眼可见病斑,叶背面也无冬孢子迹象,病情指数为0,经鉴定为免疫型;野路菊、虹の滨菊和细裂亚菊接种后20d左右才出现少量病斑,且冬孢子堆细小,鉴定为高抗型;而纪伊潮菊、矶菊等材料,接种后10d左右就出现大量明显的病斑,后期冬孢子堆连接成片,鉴定为高感型。其中13种材料在两次独立重复接种试验中的抗性表现是一致的,但是黄山野菊在第一次表现为感病,第二次表现为高抗;而南京野菊则与之相反,可能与两次接种病原的病原小种致病力有关。2.抗感材料的叶片结构特征、表皮蜡质、抗氧化酶及防御酶活性以菊花近缘种属植物中对白锈病高感型和免疫型的纪伊潮菊和若狭滨菊为试材,比较分析了两者叶片表面结构差异,叶片表皮蜡质成分和含量的差异,并研究了人工接种后13d内发病进程相关抗氧化酶类和防御酶活性的变化。结果表明,两个材料表皮毛密度和长度以及气孔密度上存在显著性差异,免疫材料若狭滨菊的表皮毛密度和长度均小于高感材料纪伊潮菊,而气孔密度也与之相似,即高感材料的气孔密度也显著大于免疫材料。用GC-MS分析了两种材料单位面积的叶片表皮蜡质的含量和成分,发现免疫材料的蜡质含量是高感材料的2.17倍,而且成分组成也有显著差异,如免疫材料比高感材料有较为丰富的蜡酯和一级醇成分,推测这些成分可能对白锈病抗性起着一定的作用。其中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)在高抗材料接种后迅速升高,并在接种后5和13d分别达到峰值;然而在高感材料中,这两个酶的活性却维持在较低水平,且与对照相比变化不大。两份材料在接种后多酚氧化酶(PPO)活性均有不同程度的升高,但免疫材料的酶活性更高,并在接种1d后即达到峰值,而且此后免疫材料的活性相比高感材料一直维持在较高水平。免疫材料的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性在接种后3d和9d达到峰值,显著高于对照水平,而高感材料的PAL活性和对照水平相当。3.基于RNA-seq测序的菊花白锈病抗病相关表达谱分析以白锈病免疫材料大岛野路菊人工接种白锈病后6、12、24、48、72h接种叶片与两个对照(接种前对照和接种去离子水各时间点平行取样对照)的叶片混合取样后提取RNA开展了表达谱测序及数据分析工作。应用Illumina测序技术,按照有参考基因组的表达谱测序流程及数据分析方法,本试验3个样品共得到了 59,969条高质量的序列信息,约占总读数的72～74%,其中和参考基因高度吻合的序列占40～43%左右,总数据量近1.8 Gb。基于RPKM法,本研究比较了 3个样品两两相比较的差异表达基因,其中接种前和接种Puccniahoriana 6～72h混样相比共获得了 51,967条差异表达基因,经过筛选(FDR≤0.001及|log2Ratio| ≥ 1)获得1,601条差异表达基因;接种前和接种去离子水对照6～72h混样相比共获得了 52,122条差异表达基因,经过筛选获得1,809条差异表达基因;接种病菌和接种去离子水6～72h各自混样相比共获得52,280条差异表达基因,筛选获得46条差异表达基因。通过Gene Ontology功能分类我们发现大部分差异基因参与的分子功能集中在细胞合成以及对胁迫的响应上。而KEEG Pathway显著性富集分析可以看到这些差异基因定位到昼夜节律,苯丙氨酸解氨酶的合成以及植物与病原菌互作等调控路径上。

【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013

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