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Analysis of gene expression profiling in the incompatible interaction between Chinese wild melon ‘Yuntian-930’ and Podosphaera xanthii

野生甜瓜‘云甜-930’与白粉病菌互作的基因表达特征



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(1): 65 ̄73(2014)
收稿日期: 2013 ̄07 ̄08ꎻ 修回日期: 2013 ̄09 ̄17
基金项目: 国家自然科学基金项目 (30972013)ꎻ 国家西甜瓜产业技术体系项目 (CARS ̄26 ̄18)
通讯作者: 张显ꎬ教授ꎬ从事蔬菜遗传育种与生物技术研究ꎻTel: 029 ̄87092008ꎬ E ̄mail:zhangxian098@126.com
共同第一作者: 刘长命ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ从事园艺植物抗性育种研究ꎻE ̄mail:liujie2061@163.com
咸丰ꎬ男ꎬ农学博士ꎬ从事植物抗逆研究ꎻE ̄mail:kevinxf@126.comꎮ
野生甜瓜‘云甜 ̄930’与白粉病菌互作的基因表达特征
刘长命1 #ꎬ 咸 丰2 #ꎬ 田治国3ꎬ 杨瑞平1ꎬ 郑俊鶱1ꎬ 张 显1∗
( 1西北农林科技大学园艺学院ꎬ杨凌 712100ꎻ 2内蒙古自治区农牧业科学院ꎬ呼和浩特 010031ꎻ 3常州大学艺术学院ꎬ常州 213164)
摘要:利用 cDNA ̄AFLP技术ꎬ对甜瓜抗白粉病品种‘云甜-930’在接种 Podosphaera xanthii生理小种 2F.后的基因表达谱进
行分析ꎮ 256对引物共产生 188个具良好多态性的转录本(TDF)ꎬ其中 109 个上调表达ꎬ79 个下调表达ꎮ 经过对差异片段
的回收、克隆、测序分析ꎬ最终得到 60 个 ESTꎮ Blastx 比对和功能分类分析表明ꎬ参与物质合成与代谢的属第一大类ꎬ占
48%ꎬ其他主要涉及物质运输(12%)、防御系统(12%)、转录调控(8%)、能量代谢(8%)、信号转导(4%)等ꎬ7条 EST(8%)
与未知功能蛋白同源性较高ꎮ 选取与代谢、抗病防御、信号转导及蛋白转运等相关的 4 个差异基因 TDF12(SEH)、TDF67
(SAMDC)、TDF76(CDPK)和 TDF82(PDR8)进行 qRT-PCR验证ꎬ结果显示其表达模式符合 cDNA-AFLP表达谱ꎬ同时表
明这些基因可能参与了甜瓜与白粉病菌的互作过程ꎮ
关键词:甜瓜ꎻ白粉病ꎻcDNA-AFLPꎻ抗性基因ꎻ表达分析
Analysis of gene expression profiling in the incompatible interaction between Chi ̄
nese wild melon ‘ Yuntian ̄930’ and Podosphaera xanthii   LIU Chang ̄ming1ꎬ XIAN
Feng2ꎬ TIAN Zhi ̄guo3ꎬ YANG Rui ̄ping1ꎬ ZHENG Jun ̄xian1ꎬ ZHANG Xian1   ( 1College of Horticultureꎬ North ̄
west A&F Universityꎬ Yangling 712100ꎬ Chinaꎻ 2 Inner Mongulia Academy of Agriculture &Animal Husbandry Scienceꎬ Huhe ̄
haote 010031ꎬ Chinaꎻ 3College of Artꎬ Changzhou Universityꎬ Changzhou 213164ꎬ China)
Abstract: cDNA ̄amplified fragment length polymorphism(cDNA ̄AFLP) was employed to analyze the gene
expression patterns of Chinese wild melon ‘Yuntian ̄930’ in response to Podosphaera xanthii race 2F. A total of 188
transcript derived fragments (TDFs) were generated with 256 pairs of primersꎬ of which 109 were up ̄regulated
while 79 down ̄regulated. 60 of differentially expressed sequence tags (ESTs) were produced after cloning and
sequencing. Blastx analyses and functional annotations were then performed and the results revealed that most of
them were involved in substance synthesis and metabolism(48%)ꎬ others were related to transcription(12%)ꎬ
disease / defense(12%)ꎬ transcriptional regulation(8%)ꎬenergy metabolism (8%) and signal transduction(4%).
Seven others did not show any homology to sequences with known functions. Four differentially expressed genes
related to metabolismꎬ disease ̄defenseꎬ signal transduction and protein trafficking were chosen for further qRT ̄PCR
expressionꎬ and the results fully confirmed to their cDNA ̄AFLP profiles. Meanwhileꎬ the results also indicated that
these genes might play roles in interaction between melon and powdery mildew pathogens.
Key words: muskmelonꎻ powdery mildewꎻ cDNA ̄AFLPꎻ resistance geneꎻ expression analysis
中图分类号: S436.5          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)01 ̄0065 ̄09
    甜瓜是重要的瓜类作物ꎬ在世界范围内广泛栽
培ꎮ 在其生长发育过程中经常受到各种病害的侵
染ꎬ特别是白粉病己经成为我国露地和保护地栽培
的主要病害ꎮ 发病时植株光合作用减弱ꎬ叶片和茎
 
植物病理学报 44卷
蔓局部或全部干枯ꎬ果实不能正常成熟ꎬ严重影响
甜瓜的品质和产量[ 1 ~ 3 ]ꎮ 采取常规杂交育种所获
得的抗性种质ꎬ其抗性经常由于白粉病生理小种的
演替而衰失ꎬ且抗性和优良品质往往不能兼得ꎮ 因
此挖掘或创造持久抗白粉病种质ꎬ并结合转基因育
种技术将是改善甜瓜抗病育种的一条有效途径ꎮ
    甜瓜白粉病常见病原菌主要为瓜单囊壳白粉
菌(Podosphaera xanthii)和二孢白粉菌(Golovino ̄
myces cichoracearum) [4]ꎬ瓜单囊壳白粉菌的危害
性要大于二孢白粉菌ꎮ P. xanthii 包含很多生理小
种ꎬ目前己发现 11 个ꎬ分别为生理小种 0ꎬ1ꎬ2U.
S.ꎬ2F.ꎬ3ꎬ4ꎬ5ꎬN1ꎬN2ꎬN3 和 N4[5]ꎮ 在我国杭州、
北京及海南等地鉴定出 P. xanthii 的生理小种或
优势生理小种均为 2F.[6~8]ꎮ 本课题组在前期研究
中发现[9]ꎬ陕西关中地区瓜类作物白粉病菌主要
是单囊壳生理小种 2F.ꎬ没有发现其它生理小种ꎬ
这为有效防治陕西关中地区瓜类白粉病以及选育
抗白粉病新品种奠定了良好基础ꎮ
    目前ꎬ已开展了有关甜瓜白粉病抗性基因的相
关研究[10~12]ꎬ有些基因已被定位[13~15]ꎮ Cheng[16]
研究发现ꎬ甜瓜 CmAPX 和 CmMlo2 基因在甜瓜与
白粉病互作中发挥了重要作用ꎬ其中 CmMlo2 可能
参与了抗病机制的负调控过程ꎮ 另外ꎬ病菌生理小
种不同ꎬ瓜类对它的抗感反应也不同ꎬ如 3 个西班
牙甜瓜种质 Amarillo、Negro和 Nloscatel Grande都抗
P. xanthii生理小种 1ꎬ但对生理小种 2U.S.感病[17ꎬ18]ꎬ
Edisto 47 和 PI414723 对P. xanthii生理小种 2U.S.感
病ꎬ而对生理小种 2F.抗病[7]ꎮ 野生甜瓜 ‘云甜-930’
为本课题组特有的抗白粉病自交系ꎬZhang等[19]研究
发现ꎬ其对白粉病表现高抗至近免疫反应ꎮ 因此ꎬ本
文以‘云甜-930’为研究对象ꎬ利用 cDNA-AFLP技术
分析野生甜瓜‘云甜-930’与白粉菌互作中的基因表
达差异ꎬ筛选抗病相关基因ꎬ为野生甜瓜白粉病抗性
的合理利用以及甜瓜白粉病的可持续控制提供理论
基础ꎬ并为开展甜瓜抗白粉病分子育种提供理论依
据ꎮ
1   材料与方法
1.1   试验材料及白粉病接种、取样
    高抗白粉病材料野生甜瓜[Cucumis melo L.
ssp.agrestis(Naud.)Greb] ‘云甜-930’由西北农林
科技大学园艺学院西甜瓜课题组提供ꎮ 白粉病菌
采自杨凌新天地温室甜瓜感病叶片ꎬ再经单菌落扩
繁得到ꎮ
    将野生甜瓜材料‘云甜-930’和栽培甜瓜‘华
莱士’播种于装有灭菌基质的穴盘中ꎬ人工气候箱
中培养ꎮ 温度 28 ~ 30℃ / 20 ~ 25℃ (昼 /夜)ꎬ光照
16 h / 8 h(昼 /夜)ꎬ相对湿度 70% ~ 80%ꎮ 至 4 ~ 5
片真叶时ꎬ用 106孢子.mL-1白粉病菌 P. xanthii 生
理小种 2F.喷雾接种ꎮ 参照栽培甜瓜‘华莱士’的
发病情况ꎬ在接菌前 0 dꎬ接菌后 2、4和 8 d分别取
野生甜瓜材料‘云甜-930’生长点下第 2 片叶ꎬ液
氮速冻ꎬ于-80℃冰箱保存ꎬ用于 RNA的提取ꎮ
1.2   总 RNA提取与 cDNA合成
    用 Trizol 试剂盒 (天根ꎬ北京)ꎬ分别提取白粉
病菌接种后 0、2、4和 8 d 样品的总 RNAꎬ利用 BD
PowerScript反转录酶(Clontechꎬ美国)合成第一链
cDNAꎬLD-PCR(Clontechꎬ美国)合成双链 cDNAꎬ
用 QIAquick PCR纯化试剂盒(QIAGENꎬ德国)纯
化双链 cDNAꎮ 在总 RNA、双链 cDNA 制备过程
中ꎬ用 1.0%琼脂糖凝胶电泳检测总 RNA 完整性ꎬ
用核酸蛋白检测仪(V-550ꎬ JASCOꎬ 日本)检测
浓度和纯度ꎬ双链 cDNA弥散应保证在 3 kb以上ꎮ
1.3   cDNA-AFLP分析
    参照 Bachem 等[ 20 ]的方法ꎬ用 16 条 AseⅠ接
头引物和 16条 TaqⅠ接头引物(表 1)随机组合进
行选择性扩增反应ꎬ产物经聚丙烯酰胺凝胶电泳分
析ꎬ并拍照记录ꎮ
1.4   差异转录本回收、克隆与测序分析
    差异转录本 ( transcribed derived fragmentꎬ
TDF)为接种白粉病后各时间点样品与 0 d 对照相
比表达增强或抑制的条带ꎮ 回收差异 TDFꎬ溶解
后二 次 PCR (体 系、 程 序 同 选 扩 反 应 )ꎬ 用
BIOTEKE纯化试剂盒(百泰克ꎬ北京)回收后ꎬ与
pGEM®-T Easy Vector 载体 ( Promegaꎬ美国)连
接、转化感受态细胞 DH5αꎬ筛选阳性克隆ꎬ利用
M13 正向和反向引物进行菌落 PCR 检测ꎬ菌液送
上海生物工程技术有限公司测序ꎮ 将所得序列去
除载体、引物、接头序列ꎬ用 NCBI 的 Blastn 和
Blastx分析ꎬ获得相关基因信息ꎬ对差异基因进行
功能分类ꎮ
66
 
  1期 刘长命ꎬ等:野生甜瓜‘云甜 ̄930’与白粉病菌互作的基因表达特征
Table 1  Primers and adapters of AseⅠand TaqⅠused in cDNA-AFLP experiments
Name Joints and primer sequences of AseⅠ Name Joints and primer sequences of TaqⅠ
A1 5-GCGTAGACTGCGTACC-3′( joint) T1   5-GACGATGAGTCCTGAC-3( joint)
A2 5-TAGGTACGCAGTC-3′( joint) T2   5′-CGGTCAGGACTCAT-3′( joint)
A3 5′-CTCGTAGACTGCGTACCTAAT- 3′ T3   5′-GACGATGAGTCCTGACCGA-3′
A4 5′-GACTGCGTACCTAATGG-3′ T4   5′-GATGAGTCCTGACCGAGG-3′
A5 5′-GACTGCGTACCTAATGA-3′ T5   5′-GATGAGTCCTGACCGAGA-3′
A6 5′-GACTGCGTACCTAATGT-3′ T6   5′-GATGAGTCCTGACCGAGT-3′
A7 5′-GACTGCGTACCTAATGC-3′ T7   5′-GATGAGTCCTGACCGAGC-3′
A8 5′-GACTGCGTACCTAATAG-3′ T8   5′-GATGAGTCCTGACCGAAG-3′
A9 5′-GACTGCGTACCTAATAA-3′ T9   5′-GATGAGTCCTGACCGAAA-3′
A10 5′-GACTGCGTACCTAATAT-3′ T10   5′-GATGAGTCCTGACCGAAT-3′
A11 5′-GACTGCGTACCTAATAC-3′ T11   5′-GATGAGTCCTGACCGAAC-3′
A12 5′-GACTGCGTACCTAATTG-3′ T12   5′-GATGAGTCCTGACCGATG-3′
A13 5′-GACTGCGTACCTAATTA-3′ T13   5′-GATGAGTCCTGACCGATA-3′
A14 5′-GACTGCGTACCTAATTT-3′ T14   5′-GATGAGTCCTGACCGATT-3′
A15 5′-GACTGCGTACCTAATTC-3′ T15   5′-GATGAGTCCTGACCGATC-3′
A16 5′-GACTGCGTACCTAATCG-3′ T16   5′-GATGAGTCCTGACCGACG-3′
A17 5′-GACTGCGTACCTAATCA-3′ T17   5′-GATGAGTCCTGACCGACA-3′
A18 5′-GACTGCGTACCTAATCT-3′ T18   5′-GATGAGTCCTGACCGACT-3′
A19 5′-GACTGCGTACCTAATCC-3′ T19   5′-GATGAGTCCTGACCGACC-3′
 
Table 2  Primers used in qRT-PCR experiments
TDF Forward primer Reverse primer
TDF12 ACGCACCACCGTCTCCTT AAATCCGCTTCCGCAACT
TDF67 ATCAAAACTTGCGGCACTAC AGCACCCTCACAATCAACTTAG
TDF76 ACCTGAATCGCCTTTGCCTG TCCCAGTTGCCTTCTCCACA
TDF82 ATGGGTGTTAGTGGTGCTGGAAAG TGACTTGAGGAGAGTGGATATCATTTTG
Actin TGCCCAGAAGTTCTATTCCAGC CATAGTTGAACCACCACTGAGGAC
 
1.5   差异片段的 qRT-PCR验证
    为验证差异基因的 cDNA-AFLP 表达谱ꎬ根
据功能注释及分类ꎬ选取与代谢、抗病防御、信号转
导及蛋白转运等相关的 4 个差异基因 TDF12
( SEH )、 TDF67 ( SAMDC )、 TDF76 ( CDPK ) 与
TDF82(PDR8)进行 qRT ̄PCR 验证ꎮ 分别提取接
种后 0、2、4和 8 d各时间点样品总 RNAꎬ以 oligo ̄
d(T)18为引物ꎬ用 TaKaRa RNA PCR Kit(AMV)
Ver. 3.0 试剂盒合成 cDNA 第一链ꎮ 用 Primer5.0
软件设计 qRT-PCR 引物(表 2)ꎬ由上海生工合成ꎮ
应用 Themal Cycler Dice® Real Time System扩增仪ꎬ
以各时间点 cDNA 第一链为模板ꎬ进行 PCR 扩增ꎮ
体系为 10.0 μL SYBR® Premix Ex TaqTM II(2x)ꎬ各
0.8 μL PCR forward / reverse primer(10 mM)ꎬ 2.0 μL
cDNA 模板ꎬ补水至 20 μLꎮ PCR 程序采用两步法:
95℃预变性 30 sꎬ1个循环ꎻ95℃ 5 s、60℃ 30 sꎬ40个
循环ꎮ PCR完成后ꎬ导出数据ꎬ进行分析ꎮ 目标基因
表达的相对表达量比较采用 2-△△CT法ꎬ其中△△CT=
(CTꎬTarget-CTꎬActin)Timex-(CTꎬTarget-CTꎬActin)Time0ꎬCTꎬ Target
为目标基因的 Ct值ꎬCTꎬActin为内参基因的 Ct值ꎬ
76
 
植物病理学报 44卷
Timex为接菌后的时间点(接菌后的 2ꎬ 4 和 8 d)ꎬ
Time0为接菌前的时间点ꎬ以甜瓜的 actin 基因作
为内参基因ꎮ
2   结果与分析
2.1  植株发病情况
    对照栽培甜瓜‘华莱士’接种叶片ꎬ第 7 d出现
白粉状病斑ꎬ第 8 d 病斑增多且很明显ꎮ 此后ꎬ病
情日益严重ꎬ多数叶片布满白粉ꎬ枯黄ꎬ植株最后枯
死ꎮ 而野生甜瓜‘云甜-930’在接种早期无可见病
斑ꎬ在接种后期(第 13 d)个别叶片隐约可见白色
粉斑(图 1A)ꎬ但植株感病叶片少ꎬ仅出现在下层
老叶上ꎬ植株整体表现绿色(图 1)ꎮ
2.2   总 RNA提取
    总 RNA条带清晰完整ꎬRNA条带 28S亮度约为
18S的 2 倍左右(图 2)ꎬOD260 / OD280为 1. 8 ~ 2. 0ꎬ
OD260 / OD230大于 2.0ꎬ表明 RNA完整性好ꎬ纯度高ꎮ
2.3   抗病性相关差异 TDF分离
    利用不同引物组合对野生甜瓜叶片接种白粉
病菌前后 4 个时期的基因表达差异进行 cDNA-
AFLP分析ꎬ共得到差异片段188条ꎬ片段在80 ~
Fig. 1  Disease symptoms in tested melon after inoculation with Podosphaera xanthii race 2F.
Aꎬ B: Symptoms in leaves of ‘Yuntian-930’ and ‘Hualaishi’ at early stage of the diseaseꎬrespectivelyꎬ the arrow
indicates the powdery mildew disease spotꎻCꎬ D: Symptoms in whole plants of ‘Yuntian-930’ and
‘Hualaishi’ at late stage of the diseaseꎬ respectively.
Fig. 2  Agarose gel electrophoresis analysis of total RNA extracted from diseased melon leaves
86
 
  1期 刘长命ꎬ等:野生甜瓜‘云甜 ̄930’与白粉病菌互作的基因表达特征
600 bp之间ꎬ其中上调表达的有 109 条ꎬ下调表达
的有 79 条ꎬ经 PAGE 分离均产生良好的多态性
(图 3)ꎮ 对部分差异片段进行回收、克隆、测序、去
除载体和接头序列后ꎬ最后得到 60 条差异片段ꎮ
将所有序列分别提交到 GeneBank 比对分析ꎬ其中
部分 TDF在 GenBank有较好的同源性(表 3)ꎮ
Fig. 3  cDNA-AFLP display of some selective amplification products
1ꎬ 2ꎬ 3ꎬ 4: The samples from 0ꎬ 2ꎬ 4 and 8 d after inoculation with Podosphaera xanthii race 2F.ꎬ
respectivelyꎻ M: Marker DL2000. Aꎬ Bꎬ Cꎬ Dꎬ E: Primers A7+T9ꎬA7+T10ꎬA7+T11ꎬA7+T12ꎬ A7+T13ꎬrespectively.
Table 3  BlastX analysis of some differentially expressed transcript derived fragments (TDFs)
TDF number Length The homology sequence (accession No.) Score Identity E-value
TDF10 166
Arabidopsis thaliana wound-responsive family protein
(AT4G10270) mRNAꎬ complete cds(NM_117095.1)
75.2 32% 1e-10
TDF12 161
Citrus jambhiri RlemEH mRNA for soluble
epoxide hydrolaseꎬ complete cds(AB107593.1)
44.6 57% 0.16
TDF13 140
Arabidopsis thaliana AAA-type ATPase family protein
(AT3G15120) mRNAꎬ complete cds(NM_112375.2)
60.8 73% 2e-06
TDF15 152
Ricinus communis calcium lipid binding proteinꎬ
putativeꎬ mRNA(XM_002510513.1)
62.6 42% 6e-07
TDF18 224 Gossypium hirsutum GPAT mRNAꎬ complete cds(HM236492.1) 132 63% 6e-28
TDF24 127
Pistacia chinensis fatty acid elongase (FAE1)
mRNAꎬ complete cds(XM_002529320.1)
104 78% 1e-19
TDF52 475 A.thaliana tufA gene for elongation factor Tu(X52256.1) 369 93% 1e-98
TDF67 513
Brassica juncea S-adenosylmethionine
decarboxylase (SAMDC4) mRNAꎬ complete cds ( AY536644.1)
740 94% 0.0
TDF68 208
Cicer arietinum mRNA for pectin methylesterase (pme1 gene)
( AJ609276.2)
82.4 51% 9e-13
TDF76 220
Cucurbita pepo calcium-dependent calmodulin-independent
protein kinase CDPK (cpCPK1) mRNAꎬ complete cds(U90262.1)
187 87% 3e-44
TDF82 207
Cucumis sativus pleiotropic drug resistance protein
(PDR8) mRNAꎬ complete cds(GQ374243.1)
318 87% 7e-84
  Note:The TDFS selected for further qRT-PCR analysis were marked in bold.
96
 
植物病理学报 44卷
2.4   序列功能分析
    对同源性较好的 TDF 进行同源分析表明ꎬ这
些同源基因的功能主要涉及物质合成与代谢、能量
代谢、物质运输、信号转导、转录调节和防御系统等
七类(图 4)ꎮ 参与物质合成与代谢的(48%)属第
一大类ꎻ其次依次是物质运输类与防御系统类各占
12%ꎻ转录调控类、能量代谢类与未知功能类各占
8%ꎻ信号转导类相对较少ꎬ占 4%ꎮ 参与信号转导、
蛋白运输以及抗病与防御类的多数差异基因ꎬ多表
现为上调表达ꎮ
Fig. 4  Frequency and functional category of melon transcripts modulated by
Podosphaera xanthii race 2F. infection
Fig. 5  Real ̄time RT ̄PCR analysis of transcript levels of four selected transcript derived fragments
Aꎬ Bꎬ Cꎬ D: TDF12ꎬ TDF76ꎬ TDF82 and TDF67ꎬ corresponding to SEHꎬ CDPKꎬ
PDR8 and SAMDCꎬ respectively.
07
 
  1期 刘长命ꎬ等:野生甜瓜‘云甜 ̄930’与白粉病菌互作的基因表达特征
2.5   部分 TDFs qRT-PCR验证
    qRT ̄PCR 分析结果显示ꎬ在接种白粉病早期
(接种后 2 d)ꎬTDF12(编码 SEH)、TDF76(编码
CDPK)、 TDF82 (编码 PDR8 ) 与 TDF67 (编码
SAMDC)分别上调至对照的 37、96、42 和 148 倍ꎬ
随后呈逐渐下降的趋势(图 5)ꎮ 以上 4 个基因的
不同 qRT-PCR 表达模式符合其 cDNA-AFLP 表
达谱特征ꎬ表明这些基因在与白粉病互作中发挥了
重要作用ꎮ
3   讨论
    本研究监测了中国野生甜瓜抗白粉病品种
‘云甜-930’在接种 0、2、4和 8 d的基因表达动态ꎬ
获得了甜瓜抗白粉病相关的差异基因ꎬ包括 FtsH
金属蛋白酶、腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)、钙
依赖钙调素不依赖蛋白激酶(CDPK)、水溶性环氧
化合物水解酶(SHE)、ABC 转运蛋白 PDR8、谷氨
酸脱氢酶(GDH)、果胶甲基酯酶 pme1、染色质重
塑蛋白、脂肪酸延长酶 FAE1、Copia 类型反转录转
座子、翻译延伸因子 tufA 基因、凝集素受体蛋白激
酶(LecRK)、伤诱导蛋白等ꎮ 其中上调表达基因
的数量是下调表达的 1.4 倍ꎮ 基因功能涉及到能
量代谢、信号转导、物质运输、转录调控、防御系统、
物质合成和代谢等ꎮ 其中防御类差异基因比例最
高ꎬ占到一半左右ꎬ这与 Coram等[21]的发现结果相
似ꎮ 此外ꎬ还检测到一些非生物胁迫相关基因(编
码低温胁迫、盐胁迫应答相关蛋白、伤诱导蛋白
等)ꎬ暗示植物对病原菌入侵与非生物环境胁迫存
在交叉适应ꎬ可能在抵御外界胁迫方面具有一些共
同机制ꎮ 值得关注的是ꎬ在互作早期表现转录水平
上调的基因中ꎬ包括了早期信号途径基因、钙结合
蛋白基因及细胞转化诱导因子等ꎮ 本文首次报道
SAMDC基因在抗病野生甜瓜‘云甜-930’受 Po ̄
dosphaera xanthii 诱导上调表达的特征ꎬ推测其可
能在甜瓜与白粉病互作中起非常重要的作用ꎮ 目
前正在用过量表达的方法对 SAMDC 基因在拟南
芥中的功能进行系统分析(待发表)ꎮ
    一般认为ꎬ植物在受到病原菌侵染时ꎬ会产生
病程相关蛋白ꎬ此类蛋白的产生是植物的一种抗病
表现ꎮ 本文通过对 4 个差异基因的 qRT-PCR 分
析ꎬ一方面验证了 cDNA-AFLP 表达谱ꎬ同时也表
明各基因的表达水平、趋势在响应白粉病胁迫时期
存在差异ꎬ这些差异可能与白粉病抗性表达有一定
关系ꎮ 本研究发现ꎬ在接种白粉病菌后第二天ꎬ
SHE、CDPK、PDR 和 SAMDC 的表达均呈迅速上
升趋势ꎬ其中 SAMDC 上升最为显著ꎬ在接种后第
2天达到对照的 148 倍ꎮ 在整个互作期间ꎬ4 个基
因均表现为先上升后下降的趋势ꎬCDPK 和 PDR
在接种后期恢复至正常表达水平ꎬ和对照无显著差
异ꎬ而 SHE和 SAMDC 在接种后第 8 天仍较对照
分别上调 9和 18 倍ꎮ SEH 是关键的解毒、代谢和
信号调节酶[22]ꎬ其功能与抗逆性有关ꎬ受逆境诱
导ꎮ 水稻在稻瘟病和细菌性条斑病菌处理后ꎬSEH
的表达均呈上调表达[23ꎬ24]ꎮ CDPK 可能在多个不
同信号转导途径中起着重要作用ꎬ是植物抗病反应
中的一个重要基因ꎬ在许多植病互作系统中均检测
到了 CDPK的表达差异ꎮ Li[25]利用 cDNA-AFLP
技术在小麦早期防御白粉菌时期ꎬ得到一个小麦钙
依赖性蛋白激酶 2(TaCDPK2)序列ꎬ并指出 TaCD ̄
PK2是一般性真菌防御基因ꎮ PDR8 转运蛋白是
植物和真菌所特有的ꎬ能够把植物抗真菌双萜防御
化合物运输到叶片表面ꎬ避免外界异源物质的侵
害ꎬ还可以排除胁迫环境下细胞内积累的有毒代谢
物[26ꎬ27]ꎮ SAMDC是植物多胺(PAs)合成的一个
关键酶ꎮ PAs不仅调控植物的生长发育ꎬ而且在生
物或非生物逆境胁迫响应中起着重要的作用ꎬ其可
能是植物与病原菌互作的分子信号物质ꎮ 研究发
现[28 ~ 30]ꎬ在植物与病原菌的非亲和互作中ꎬ积累
高浓度 PAs复合物表现出抗真菌特性ꎮ
    目前ꎬ在植物与白粉病的互作研究中ꎬ小麦、大
麦、拟南芥、番茄与葡萄的抗白粉病研究较为深入ꎬ
且发现和分离了一些抗白粉病基因及抗性相关基
因[ 3 1 ~ 3 4 ]ꎬ而甜瓜的抗白粉病研究仅有少量报
道[ 10 ꎬ 3 5 ]ꎮ cDNA-AFLP是一种分离差异表达基因
的有效方法ꎮ 本研究利用 cDNA-AFLP 技术ꎬ对
具有白粉病抗性的野生甜瓜‘云甜-930’进行了接
种后的表达差异分析ꎬ得到一些白粉病响应 TDFsꎬ
并利用 qRT-PCR 验证了其中 4 个候选基因在白
粉菌作用下的表达ꎬ其结果与 cDNA-AFLP 实验
结果完全一致ꎬ初步验证了 4个基因在白粉病抗性
互作中发挥了重要作用ꎮ 但对其抗病机理及分子
机制的研究ꎬ还需通过基因全长克隆ꎬ亲和与非亲
和反应的表达差异情况ꎬ以及转基因技术加以验
证ꎮ
17
 
植物病理学报 44卷
参考文献
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