全 文 ：植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA　 43(5): 486-494(2013)
收稿日期: 2012-09-30; 修回日期: 2013-05-25
基金项目: 国家自然科学基金项目(31071651); 国家 973 资助项目(2013CB127700); 高等学校学科创新引智计划项目(B07049)
通讯作者: 康振生,教授,主要从事小麦与条锈菌的互作研究; E-mail: kangzs@nwsuaf. edu. cn
第一作者: 冯 浩,男,河北秦皇岛人,博士研究生,主要从事小麦与条锈菌的互作研究; E-mail: xiaosong04005@163. com。
条锈菌诱导的小麦 EF手钙离子绑定蛋白基因
TaCab1 的功能初步分析
冯 浩, 黄雪玲, 王晓敏, 李华一, 康振生*
(西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室, 植物保护学院, 杨凌 712100)
摘要:根据小麦 EF手钙离子绑定蛋白(TaCab1)基因序列,利用 WMD3 软件设计特异的人工 miRNA ( amiRNA),构建
VIGS沉默载体。 利用 amiRNA-VIGS体系,对小麦的 TaCab1 基因的功能进行了初步分析。 利用 Northern blot和实时定量
PCR技术分别检测了 amiRNA的积累及 TaCab1 的沉默效率,并利用显微观察技术统计条锈菌侵染小麦后的组织学差异。
结果表明,amiRNA可以得到有效的积累,其靶标基因 TaCab1 可以得到有效的沉默。 从表型上看,小麦叶片上条锈菌夏孢
子的产孢量也在一定程度上有所降低。 组织学观察发现当 TaCab1 被沉默后,寄主细胞的坏死面积在侵染后期明显增大,
条锈菌的菌丝分枝数也明显增多,但菌丝长度明显变短。
关键词:小麦; EF手钙离子绑定蛋白; amiRNA; VIGS; 功能
Preliminary analysis on the role of an EF-hand binding protein gene TaCab1 in
wheat leaves challenged with Puccinia striiformis f. sp. tritici 　 FENG Hao, HUANG
Xue-ling, WANG Xiao-min, LI Hua-yi, KANG Zhen-sheng　 (State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid
Areas and College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)
Abstract: Role of a calcium binding EF-hand protein gene TaCab1 in the response of wheat to fungal infection
was studied using a specific artificial miRNA (amiRNA) . Corresponding amiRNA-VIGS vectors were construc-
ted by the over-lap PCR method. Accumulation of amiRNA in leaves transformed with the amiRNA-VIGS vec-
tors was detected by northern blot and the efficiency of the amiRNA in silencing the target TaCab1 was evaluated
by quantitative real-time PCR. Histological changes in wheat leaves challenged with stripe rust pathogen were
analyzed by microscopic observation. It was shown that accumulation of amiRNA reduced the expression of Ta-
Cab1 effectively in the transducted leaves. Along with some changes in histological characteristics, leaves ex-
pressing the amiRNA suppressed fungal sporulation but increased leaf necrosis. The growth of Puccinia striifor-
mis f. sp. tritici was changed, showing an increase in hyphal branches and a decrease in hyphal lengths.
Keywords: wheat; EF-hand binding protein; amiRNA; VIGS; function
中图分类号: S432. 41　 　 　 　 　 文献标识码: A　 　 　 　 　 文章编号: 0412-0914(2013)05-0486-09
　 　 在植物的生长过程当中,细胞之间存在着高效
的信号传导途径,用来感知、传递和应答多种内部
和外部信号[1]。 钙离子作为一种普遍存在的具有
多种用途的信号因子,在钙信号转导途径中起关键
作用,并参与植物激素及多种生物和非生物胁迫信
号的调节[2 ~ 4]。
在钙信号转导途径当中,存在多种蛋白之间的
协同互作。 钙离子结合蛋白被认为是钙离子信号
的受体,能够检测细胞间和细胞质基质中钙离子浓
度的变化[5 ~ 6]。 大多数钙离子结合蛋白属于 EF
　
　 5 期 　 　 冯　 浩,等:条锈菌诱导的小麦 EF手钙离子绑定蛋白基因 TaCab1 的功能初步分析
手蛋白。 EF手蛋白具有一个螺旋-环-螺旋的基本
模块结构,而这一 EF 手模块作为分子装置能够识
别和传递特殊的钙离子信号。 它通过由 12 或者
14 个氨基酸形成的环来结合钙离子[7],进而改变
模块构造与下游蛋白进行互作[8 ~ 10],完成钙信号
的传导。
目前, 研究已经证明钙离子结合蛋白可以参
与植物的防卫、衰老机制以及对多种环境逆境的应
答反应。 例如:将痢疾变形虫 EF 手钙离子结合蛋
白基因转入番茄中,提高了植物的生长能力和对高
盐胁迫的忍受力[11];水稻中 EFA27 基因编码的 EF
手模块,在营养组织中能够被脱落酸和渗透压诱
导[12]。 关于这种蛋白在植物对病原菌的抗性作
用,几年来也有相关的报道。 Jakobek 等[13]报道钙
离子结合蛋白产物可能是导致过敏性坏死途径的
重要因子。 Beβer 等[14]的研究表明,当大麦用 SA
处理后,与对照相比 BCI-4 基因出现差异性表达,
系统性提高了大麦抵抗白粉病菌的能力,增强了寄
主的抗病性。 Alejandro 等 [15] 发现菜豆(Phaseo-
lus vulgaris) 的 EF手钙离子绑定蛋白基因在炭疽
菌(Colletotrichum lindemuthianum)侵染及温度胁
迫等非生物胁迫下能够被显著诱导,认为此基因在
植物对病菌和环境胁迫的反应中是综合信号的交
汇点。 然而,此类基因是否与寄主对病原菌的感病
性有一定的关系,目前还未见报道。
由 Puccinia striiformis f. sp. tritici引起的条锈
病,是世界上世界范围内传播最广泛的严重病害。
在病害流行年份,小麦的产量受到极大的影响甚至
是颗粒无收。 有研究证明培育和合理利用抗性品
种是控制小麦条锈病最安全、最高效、最经济、最有
效的方法[16]。 了解小麦和条锈病的互作关系,对
通过基因的合理利用来提高品种抗性是很关键的。
在前期的实验基础上,我们从小麦品种水源 11 中
克隆得到了一个钙离子绑定 EF 蛋白基因 TaCab1
[17]。 研究发现,该蛋白同时定位在细胞质与质膜
外围。 在小麦与条锈菌的亲和反应中,TaCab1 显
著上调,同时其表达趋势受到不同非生物胁迫的诱
导,尤其是被不同浓度的 CaCl2 处理之后,该基因
的表达量发生显著变化。 在此基础上,我们推断
TaCab1 通过钙离子信号转到途径参与了小麦与条
锈菌的互作,尤其是在亲和反应中起着非常重要的
作用。
为了阐明钙离子结合 EF 手蛋白在小麦与条
锈菌互作中的作用,本实验通过设计特异的人工
miRNA,利用 amiRNA-VIGS 体系对 TaCab1 进行
功能初步分析。 该研究为植物与病原菌互作中钙
离子通道的研究奠定了一定基础,也为进一步利用
感病相关基因来优化小麦的遗传品质提供了信息。
1　 材料与方法
1. 1　 引物设计与载体构建
使用 Primer Premier 5. 0 软件在含有小麦
miR159a前体序列的两侧设计特异引物,上下游引
物分别含有 Pac I和 Not I限制性酶切位点。 利用
水源 11 基因组 DNA作为模板进行 PCR扩增。 回
收得到的片段连接到 T-simple 载体进行测序。 利
用人工 miRNA (amiRNA) 设计平台(WMD3, ht-
tp: / / wmd3. weigelworld. org),设计合适的 amiR-
NA (amiCab,amiPDS),利用 over-lap PCR 技术,
将 amiRNA构建到克隆得到的片段上,取代原来的
成熟 miRNA。 利用限制性内切酶,将改造好的片
段切下来,连接到大麦花叶病毒(BSMV)的 γ组件
上,构建成 γ-amiCab及 γ-amiPDS。 构件载体所需
引物见表 1。
1. 2　 病毒 RNA的体外转录
按照试剂盒(mMessage mMachine T7 in vitro
transcription kit,Ambion, Austin, TX)说明书,对
BSMV 3 个组件(α,β,γ),γ-amiCab 及 1 个参照
基因 γ-amiPDS分别进行体外转录,转录产物稀释
3 倍, 备用。
1. 3　 植物材料与接种
供试小麦(Triticum aestivum)品种水源 11 和
小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)小种
(CYR23、CYR31)均由西北农林科技大学植物病
理研究所提供。 水源 11 与 CYR23 构成非亲和反
应,与 CYR31 构成亲和反应。 将萌发春化两周后
的小麦移栽到温室,温室条件控制在 16 ± 2℃,每
天光照 16 h。 待幼苗生长 3 周后进行病毒接种,接
毒方法参考Wang等[18]的方法。 对照接种 FES缓
冲液。 接种完毕后,在 25 ± 2℃条件下黑暗高湿度
培养 48 h之后恢复每天 16 h光照,25 ±2℃条件下
高湿度培养 。接种BSMV-amiPDS的植株 ,接种
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植物病理学报 43 卷
Table 1　 Primer list for VIGS vectors construction
Gene name Primer sequence (5′-3′)
tae-159a-A CCTTAATTAAGTTCTTGGTTTCCGCTTGTG
tae-159a-B ATAAGAATGCGGCCGCTGGACCTTGGAGCATTTTCA
PDS-Ⅰ CGCTGTAATCGGTTTAGAGCAGTCACCATCTTGATCTACTGTCAAG
PDS-Ⅱ AGATGTAATCGGTTTAGAGCAGTCACCAGCGGTCAGCGAGGGATC
PDS-Ⅲ AGAGGCAGACTGCTCAAAAGCGATTATAAGGGTCTACCGGAAG
PDS-Ⅳ CCCTTCAGACTGCTCAAAAGCGATTATCCTCTAAACCGAATCC
Cab-Ⅰ GCTGACGGGAAGGTTCTCTACTATACATCTTGATCTACTGTCAAG
Cab-Ⅱ GATGTATAGTAGAGAACCTTCCCGTCAGCGGTCAGCGAGGGATC
Cab-Ⅲ GAGGTATAGTAGAAAACCTTCTCGT AAGGGTCTACCGGAAG
Cab-Ⅳ CCTTACGAGAAGGTTTTCTACTATACCTCTAAACCGAATCC
8、10、12、14、16、18 和 20 d 后分别采样,用于筛选
最高沉默效率。 接种 BSMV-amiCab13 d 后,用毛
笔将新收集的条锈菌夏孢子(CYR23、CYR31)均
匀接种到小麦的第 3 片叶子。 对照接种无菌水。
接种后,在 16 ± 2℃条件下 100%相对湿度黑暗保
湿 24 h,之后转移至培养间,培养条件为 16 ± 2℃,
每天光照 16 h。 接种后 0、24、48 和 120 h 后分别
采样,迅速放入液氮中速冻,保存到 -80℃备用。
1. 4　 总 RNA提取
利用 Trizol试剂盒( Invitrogen,USA)提取小麦
样品的总 RNA,然后用 DNA酶Ⅰ处理。 通过聚丙烯
酰胺凝胶电泳检测 RNA 的完整性,并利用 Nano-
DropTM 1 000 核酸蛋白检测仪测定 RNA的浓度。
1. 5　 Northern blot杂交
80 μg提取的总 RNA经过 15%尿素 PAGE变
性胶电泳后,盐桥法转移到纤维素膜上。 利用 γ-32
P-ATP 标 记 的 amiCab DNA 探 针 ( 5′-AC-
GAGAAGGTTTTCTACTATA-3′)进行杂交,U6 作
为 内 参 基 因 ( 5′-TGCGTGTCATCCTTGCG-
CAGGGGCCATGCT-3′)。 具体步骤参考冯浩
等[19]的方法。
1. 6　 cDNA合成与实时定量 PCR分析
用 M-MLV 反转录酶 ( Promega)合成 cDNA
第一链。 合成的 cDNA模板稀释 10 倍后用于实时
定量 PCR 分析。 利用 Primer Premier 5. 0 软件,根
据 TaCab1(GenBank: GU984048)和 TaPDS (Gen-
Bank: FJ517553)全长 cDNA 序列设计特异引物
( Q-Cab-F: 5′-TGGTGTCATCAAGCCTGGTATG-
GT-3′; Q-Cab-R: 5′-ACTCATGGTGCATCTCAA-
CGGACT-3′; Q-PDS-F: 5′-TGATGAAATCGCT-
GCTGACC-3′; Q-PDS-R: 5′-CCTGACAAAACC-
GCACCCTC-3′),以小麦延伸因子基因(GenBank:
M90077)为内参基因设计引物 (Q-EF-F: 5′-TG-
CATGGAAGTGATTCGGGTGT-3′; Q-EF-R: 5′-
GCAAGTGTCAACGCATCTGGTC-3′)。 应用 CFX96TM
Real Time System(Bio-Rad)进行表达分析。 反应
体系及反应程序参考 Feng 等[19]的方法。 利用比
较 Ct法对内参基因和目标基因的数据进行分析,
以确定目标基因的相对表达量。
1. 7　 组织学观察及数据分析
接种条锈菌后 24、48 和 120 h 采组织学样品。
样品处理方法参考 Wang 等[20]的方法。 利用奥林
巴斯 BX-51 显微镜(Olympus Corp. Tokyo)观察
透明叶片中的侵染点。 每个处理随机选择 50 个侵
染点。 利用 DP-BSW 软件分析菌丝长度,菌丝分
枝数以及坏死面积。 利用 SPSS 软件进行统计学
分析。
2　 结果与分析
2. 1　 最高沉默效率时间点筛选
为了更好地利用 amiRNA-VIGS 体系分析植物
病原互作中的基因功能,筛选得到最高沉默效率的
时间点是非常必要的。 我们利用 PDS 这一内参基
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　 5 期 　 　 冯　 浩,等:条锈菌诱导的小麦 EF手钙离子绑定蛋白基因 TaCab1 的功能初步分析
因进行了筛选。 接毒后第 8 天,即能够在第 3 片叶
子观察到初始的光漂白现象,16 d 之后基本达到最
明显(图 1)。 为了更好地分析基因的沉默时间进
程,我们利用 qRT-PCR 技术检测了小麦 PDS 基因
的相对表达水平(图 2)。 从结果可以看到,接毒后
的第 8天,基因已经可以被 amiPDS 所沉默,但这个
时期的沉默效率还是相对较低,光漂白现象也不明
显。 接毒后 14 d,沉默效率达到最高值 79% 。 结合
条锈菌本身的生物学特征,接种 6 ~ 24 h 是条锈菌
侵染小麦的关键时期[20],我们决定在接毒后 13 d进
行条锈菌接种来研究互作过程 TaCab1的作用。
Fig. 1　 The photobleaching of leaves as PDS
was silenced
CK: leaves inoculated with FES buffer; 8 dpi: 8 days post
inoculation of BSMV-PDS; 16 dpi: 16 days post inoculation
of BSMV-PDS.
2. 2　 利用 amiRNA-VIGS 体系研究小麦与条锈
菌互作过程中 TaCab1 的作用
TaCab1 是一个我们实验室前期从小麦品种水
源 11 中克隆得到的一个基因。 在前期的研究中发
现,它能够被条锈菌毒性小种 CYR31 显著诱导上
调[17]。 在本实验中,利用 WMD3 软件设计了特异
的人工 miRNA,利用 amiRNA-VIGS体系进行了功
能的初步分析。
2. 2. 1　 TaCab1 沉默后小麦叶片接种条锈菌后的
表型变化　 接毒(BSMV-γ 和 BSMV-amiRCab)10
d后,可以在小麦的第 3 叶上看到轻微的退黄花斑
(图 3)。 接种病毒并没有对小麦的正常生长造成
过大的影响。 根据沉默效率筛选结果,接毒 13 d
后接种小麦条锈菌 CYR23 和 CYR31。 接菌后 14
d可以看到,接种空病毒(BSMV-γ)的植物与空白
对照(FES buffer)没有显著差异,均构成了典型的
亲和反应,说明接种病毒没有对条锈菌的侵染造成
影响。 与空病毒对照相比,当 TaCab1 沉默后
(BSMV-amiRCab),接菌 CYR23 的小麦叶片表型
无明显差异,均构成了典型的 HR反应。 而在接菌
CYR31 的小麦叶片上,条锈菌产孢量在一定程度
上降低。 我们推测该基因可能在小麦防御条锈菌
侵染的过程中起负作用。
2. 2. 2　 amiCab有效积累验证　 为了验证 TaCab1
是否被 amiRCab 特异性的沉默,根据 amiRCab 设
计了 DNA探针进行 Northern blot 杂交验证。 从图
4 中可以看到,在接种 BSMV-amiRCab 的植株叶
片中,amiRCab 可以从 159a 的前体上剪切并得到
有效的积累。 而空白对照中没有得到杂交信号。
内参基因 U6 表达相对稳定。
2. 2. 3　 TaCab1 的沉默效率分析 　 为了确定小麦
TaCab1 是否被有效的沉默,对接种 BSMV-γ 和
BSMV-amiRCab 的小麦植株分别接种条锈菌
CYR23 和 CYR31。 我们提取了接菌 24,48 和 120
h的小麦植株叶片 RNA 进行反转录,并利用 qRT-
PCR技术检测了 TaCab1 的相对表达水平。 如图 5
所示,相对于空病毒对照(BSMV-γ)相比,在接菌
CYR23 的小麦叶片中,TaCab1 的表达分别降低了
66% ,73%及 70% ;在接菌 CYR31 的叶片中相对
表达量分别降低了 69% ,71%及 65% 。
2. 2. 4　 组织学统计分析 　 为了更好地探究 Ta-
Cab1 在小麦与条锈菌互作中的作用,我们也观察
了当该基因被沉默后小麦具体的组织学变化。 在
非亲和互作体系中,寄主的细胞坏死面积,条锈菌
的分枝数及菌丝长度均未发生显著性变化(数据
未显示)。 而在亲和互作体系中,接菌后 120 h,Ta-
Cab1 基因被沉默的小麦叶片被条锈菌侵染后,其
侵染点坏死面积显著大于对照(P < 0. 05),条锈菌
在寄主内的菌丝分枝数在接菌后 24 和 48 h 均明
显大于对照(P < 0. 05),而在接菌后 120 h,条锈菌
的菌丝长度明显比对照短(P < 0. 05)(表 2,图 6)。
这些结果与表型变化基本一致,说明该基因可能是
一个感病相关基因。
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植物病理学报 43 卷
Fig. 2　 Time-course analysis of suppression of PDS expression
Fig. 3　 Phenotype observation of wheat leaves that TaCab1 were silenced by amiCab
Fig. 4　 Validation of amiCab in wheat leaves
inoculated with BSMV-amiRCab
3　 讨论
植物的生活环境非常复杂,暴露于大量的病原
菌当中。 而绝大多数病原菌只能侵染一定种类的
植物,我们称之为寄主。 植物对于病原菌的抗病反
应和感病反应是两个相对的概念,而长时间以来,
人们往往都集中在挖掘抗病基因或者防卫基因上。
早在 1905 年,第一个抗条锈病菌的基因就已经被
报导[21],直到 2002 年,Eckardt[22]提出一个问题,
是不是病原菌需要植物存在某种基因从而使其顺
利侵染呢? 如果有的话,那么这一类基因被认为是
感病基因。 通常认为这类基因编码的蛋白是病原
菌寄生在植物中所必需的或者是负调控植物防卫
反应的。 因此,感病基因功能的丧失可以导致植物
抗病性的增强。 2005 年有研究发现,当 Mlo 基因
失去功能后,寄主植物的抗病性得到了特异性的增
强[23]。 在此基础上,de Almeida Engler 等[24]建议
开发利用感病基因作为另外一类遗传育种手段。
在之前的实验当中,我们发现 TaCab1 这个基
因和小麦对Pst的易感病程度是有一定联系的。
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　 5 期 　 　 冯　 浩,等:条锈菌诱导的小麦 EF手钙离子绑定蛋白基因 TaCab1 的功能初步分析
Fig. 5　 Relative transcript levels of TaCab1 in plants inoculated with BSMV-amiRCab
Table 2　 Histological analysis during the compatible interaction between Suwon 11
and the strip rust fungus CYR31 after silencing TaCab1
Treatment
Necrotic area Hyphal branche Hyphal length
48 hpi 120 hpi 24 hpi 48 hpi 24 hpi 48 hpi 120 hpi
BSMV-γ 0. 04 a 0. 09 a 1. 65 a 1. 92 a 1. 12 a 1. 44 a 4. 73 a
BSMV-amiRCab 0. 07 a 0. 41 b 2. 16 b 2. 40 b 1. 18 a 1. 33 a 2. 63 b
Note: The second leaves were pre-infected with recombinant BSMV-γ and BSMV-amiRCab, and then the fourth leaves
were inoculated with Puccinia striiformis f. sp. tritici race CYR31. Average proportion of necrotic mesophyll cells calcu-
lated from 50 infection sites (unit in 1 000 μm2,measured by DP-BSW software), average number of hyphal branches
calculated from 50 infection sites (unit in 100 μm,measured by DP-BSW software), average distance from the base of
substomatal vesicle to hyphal tip calculated from 50 infection sites. Analysis of significance was calculated according to
the paired sample t-test method with SPSS software (b means P < 0. 05) . hpi, hours post inoculation.
它在亲和反应中受到显著性诱导[17]。 我们推测
TaCab1 可能是一个感病相关基因。 为了验证这一
假说,我们利用 amiRNA-VIGS 体系,设计特异
amiRNA对该基因进行沉默。
为了确定靶标基因高效沉默的最佳时间,我们
分别分析了小麦 PDS基因在病毒侵染后不同天数
的沉默效率。 结果表明,当在小麦第 2 叶接种
BSMV-amiPDS 8 天后,在接毒幼苗的第 3 片叶子
观察到光漂白表型,到第 16 天光漂白现象达到最
明显。 通过 qRT-PCR,发现在光漂白出现的 8 d前
靶基因就开始被沉默了,但是最高效的沉默发生在
接种后的第 14 天, 这和以前传统 BSMV-VIGS 的
研究是一致的[25]。 当 TaCab1 被 BSMV-amiCab
沉默后, 小麦对条锈菌的反应型发生了变化,其叶
片上条锈菌夏孢子数目相对减少,这也意味着该基
因可能对于小麦对条锈菌的感病反应有一定作用。
通过组织学观察发现,小麦的叶肉细胞坏死的区域
扩大了,这种增强的 HR反应可能是抑制菌丝延长
和抑制锈菌生长的原因。 另外,菌丝的分支数变多
了,但是在细胞间区域菌丝不能生长延伸,所以在
锈菌生长的后期,更多的菌丝分支引起了更多的
HR反应。 这些结果表明 TaCab1 沉默后小麦对条
锈菌的抗性有所增强。 曾经有人对 TaCab1 的同
源基因 BCI-4 做过研究,研究发现在受基因对基因
调控的非亲和的大麦与白粉互作体系中,BCI-4 是
不表达的[14]。 本实验中,当 TaCab1 被沉默之后,
寄主对小麦条锈病的抗性增强。 从组织学分析我
们可以得出一致的结果,在条锈菌侵染小麦的中后
期,寄主的坏死面积、菌丝的分枝数及菌丝长度均
出现显著性差异。 这与一个大豆的钙离子绑定蛋
白基因 Hra32 在亲和非亲和反应中的作用是一致
的[13]。
我们前期研究已经发现,TaCab1 能够受到外
源激素的诱导,尤其被 SA 处理之后,其表达水平
受到显著上调诱导。 SA是植物抵抗病原菌侵染过
程中的一类非常关键的信号调节因子,植物可以通
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植物病理学报 43 卷
Fig. 6　 Histological observation of wheat leaves treated with BSMV and infected
with Puccinia striiformis f. sp. tritici avirulent race CYR31
Observation of necrotic area of host cell (A and B, at 120 hpi), hyphal branches (C and D, at 48 hpi) and
hyphal length (E and F, at 120 hpi) . IH, infection hypha; NA, necrotic area; SH, secondary hyphae; SV,
substomatal vesicle. bar = 20 μm. A, C and E for BSMV-amiCab; B, D and F for BSMV-γ.
过 SA 信号途径提高对生物和非生物胁迫的抗
性[26]。 前期的报导证明 TaCab1 能够在小麦与条
锈菌的亲和非亲和互作体系中均被诱导上调,在亲
和互作中,该基因的诱导程度远远大于其在非亲和
体系,认为 TaCab1 是个寄主感病相关基因。 与此
相似的是,BAP1 基因也能够被 SA 诱导,同时,该
基因敲除之后增强了植物对细菌和卵菌的抗性,过
表达之后提高了植物对卵菌的毒性菌株的感病
性[27]。 可见,SA信号通路可以通过某些其他信号
因子影响一些基因的表达来改变植物对病原菌的
抗感性。 早在 1998 年,Kawano 等[28]报导当烟草
被 SA处理后,细胞内的超氧阴离子水平迅速上
升,随后钙离子浓度升高,表明 SA 的信号转到可
能通过钙离子信使系统。 同时,Kratsch 等[29]发现
SA能够诱导 H2O2 的积累,H2O2 为能够作为信使
物质,开启膜上钙离子通道,或通过促进胞内钙离
子贮体释放钙离子,使细胞内钙离子浓度增大进而
诱发蛋白质磷酸化与去磷酸化反应,从而启动一些
列抗病相关的生理生化反应。 基于此我们推测,
TaCab1 可能是通过负调控 SA 诱导的钙离子浓度
变化来参与小麦与条锈菌的互作。
总之,我们验证了 TaCab1 在小麦与条锈菌互
作中的作用,证明了该基因可能是一个感病相关基
因,参与菌丝侵入或者寄主抗性途径的识别,但其
具体功能还需要通过转基因技术进一步验证。 本
实验为进一步揭示钙信号转导通路在植物与病原
菌互作中的分子机理具有重要意义,同时,为合理
利用抗感病基因进行遗传育种奠定了一定基础。
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张宗英
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