全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(3): 401409 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金重点项目(30930064), 现代农业产业技术体系建设专项资金, 高等学校学科创新引智计划项目(B07049)和国家“十
一五”科技支撑计划项目(2006BAD08A05)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 康振生, E-mail: kangzs@nwsuaf.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: jay_gumling2003@yahoo.com.cn, 现在陕西中医学院药学院、中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所工
作；张毅现在陕西省西安市农业技术推广中心植保站工作。 ** 共同第一作者
Received(收稿日期): 2009-10-16; Accepted(接受日期): 2009-12-08.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.00401
利用 cDNA-AFLP技术分析小麦成株抗条锈性差异基因表达特征
张 岗 1 董艳玲 1,** 夏 宁 1 张 毅 1 王晓杰 1 屈志鹏 1
李依民 1 黄丽丽 1 康振生 1,2,*
1西北农林科技大学植物保护学院, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学 / 陕西省农业分子生物学重点实验室, 陕西杨凌 712100
摘 要: 采用 cDNA-AFLP技术, 对成株抗条锈小麦品种兴资 9104在成株期受条锈菌生理小种 CY32侵染后 5 d内 9
个时间点的基因表达谱进行了分析。共筛选 64 对引物, 产生 32 320 个转录本(TDF); 用 37 对引物检测到 2 201 个
(6.81%)差异 TDF, 其中 926 个 TDF 诱导表达, 1 275 个下调表达。经大规模克隆、测序分析, 最终获得 330 个差异
TDF, 聚类分析得到 259个 EST (unigenes), 命名为 aTaPST1至 aTaPST259 (GenBank 登录号为 FL645754~FL646011
和 FL646262)。经 Blastx比对和功能分类分析, 其中 96条 EST(37.07%)未找到同源性匹配, 68条(26.25%)与未知功能
蛋白同源性较高; 其余 95条 ESTs主要涉及能量(11.20%)、基础代谢(4.63%)、转录调控(3.86%)、抗病与防御(3.86%)、
蛋白质运输和储存(3.09%)、蛋白质合成和细胞生长(各 2.32%)以及信号转导(1.54%)等。选取抗病与防御、转录调控
及信号转导类等相关的 6个差异基因, qRT-PCR分析结果显示其表达模式符合 cDNA-AFLP表达谱。小麦成株抗条锈
性分子机制涉及植物多方面生理生化反应, 包括抗病与防御、转录调控、蛋白质代谢、信号转导、以及非生物胁迫
等多种途径相关基因的协同控制。
关键词: 小麦; 条锈菌; 成株抗病性; 基因表达; cDNA-AFLP; qRT-PCR
cDNA-AFLP Analysis Reveals Differential Gene Expression in Wheat Adult-
Plant Resistance to Stripe Rust
ZHANG Gang1, DONG Yan-Ling1,**, XIA Ning1, ZHANG Yi1, WANG Xiao-Jie1, QU Zhi-Peng1, LI Yi-Min1,
HUANG Li-Li1, and KANG Zhen-Sheng1,2,*
1 College of Plant Protection, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 Shaanxi Provincial Key Laboratory of Molecular Biology for
Agriculture / Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: Wheat (Triticum aestivum L.) stripe rust is one of the most devastating diseases of wheat throughout the world. Adult
plant resistance (APR) to stripe rust in wheat conferring durable resistance, thus, plays a pivotal role in the control of the disease.
In the present study, to elucidate the molecular mechanism of wheat APR to stripe rust, we conducted extensive transcription pro-
filing of adult-plant wheat cultivar Xingzi 9104 infected by Puccinia striiformis Westend f. sp. tritici Erikss. pathotype CY32
using cDNA-AFLP technique. We analyzed transcription profiling of the incompatible reaction across nine sampling time points
within five days after inoculation. Of the total 32 320 transcript derived fragments (TDFs) obtained using cDNA-AFLP with 64
primer pairs, 2 201 (6.81%) displayed altered expression patterns after inoculation, of which 926 showed up-regulated and 1 275
down-regulated. Three hundred and thirty differentially expressed TDFs produced reliable sequences after cloning and sequencing,
of which 259 expressed sequence tags (ESTs) of unigenes were obtained after assembling, designated from aTaPST1 to
aTaPST259, deposited in GenBank with accessions numbers from FL645754 to FL646011 and FL646262. Blastx analyses and
functional annotations were then performed and the results revealed that the 95 ESTs had predicted gene products mainly impli-
cated in energy (11.20%), metabolism (4.63%), transcription (3.86%), disease/defense (3.86%), protein destination and storage
(3.09%), protein synthesis and cell growth (each accounted for 2.32%), and signal transduction (1.54% of the sequenced total 259
ESTs). Six differential genes related to disease/defense, transcription, and signal transduction were chosen for further qRT-PCR
402 作 物 学 报 第 36卷

expression patterns, which confirmed the cDNA-AFLP profiles. Our results indicated that wheat APR to stripe rust involved in
multifaceted biochemical and physiological reactions, including concerted regulation of the genes involved in different pathways
like disease/defense, transcription, protein metabolism, signal transduction, as well as abiotic stresses. These results provide in-
formation for further elucidation of molecular mechanism of wheat APR to stripe rust.
Keywords: Wheat; Stripe rust fungus; Adult-plant resistance; Gene expression; cDNA-AFLP; qRT-PCR
由条形柄锈菌(Puccinia striiformis Westend f. sp.
tritici Erikss.)引起的小麦条锈病是危害小麦生产的
一种重要病害 [1], 选育和种植抗病品种是防治该病
最经济、安全、有效的措施。然而条锈菌毒性变异
频繁, 抗锈性丧失成为抗病育种中最棘手的问题[1]。
因此 , 人们在探索合理利用抗病基因策略的同时 ,
一直在寻求具持久抗病性的种质资源。
成株抗病性是一类苗期感病, 成株期表现中抗
到高抗的抗病类型[1]。小麦(Triticum aestivum L.)成
株抗病性具有持久抗病性的特点[2]。对成株抗病性
的早期研究, 主要集中在新抗源的挖掘及其表达规
律方面[1-2]。近年来, 结合现在分子标记技术, 人们
已经发现并正式定名 11个成株抗条锈基因, 即 Yr11
至 Yr16、Yr18、Yr29、Yr30、Yr36和 Yr39[1,3]。其中,
Yr36 已被成功克隆, 属于高温成株抗性基因, 编码
蛋白包含激酶和 START两种结构域[3]。成株抗锈的
组织病理学方面研究取得了部分进展。Moldenhauer
等 [4]发现, 抗病组合中的寄主细胞逐渐木质化是成
株抗性表达的重要特征。然而, 不同遗传材料的抗
性表达并不一定涉及寄主细胞的坏死及木质化[5]。
在对成株抗病品种 Guardian 的组织学研究中发现, 病
原菌在成株抗性品种中的扩展明显受抑制, 但成株抗
性的表达与过氧化氢的积累及细胞坏死并不相关[6]。
近年来, 小麦成株抗锈性的分子机制方面也受
到重视。Mallard 等[7]研究发现, 小麦从苗期向成株
期转变过程中, 一些抗病、防御类基因的激活导致
成株抗条锈的表达。条锈菌侵染高温成株抗性品种
(Yr39)激发了多种抗病途径, 50%以上的差异基因涉
及防御反应及信号转导, 主要包括 R 蛋白类似物、
病程相关蛋白和蛋白激酶类[8]。Hulbert等[9]认为, 较
R 基因介导的抗性而言, 成株抗条锈类似于一种非
生物胁迫引起的抗性。这些研究初步反映了成株抗
条锈性分子特征, 而其分子机制有待继续深入探究。
小麦品种兴资 9104 在苗期对条锈菌生理小种
CY32 呈感病反应, 成株期则表现高抗至近免疫反
应[10]。cDNA-AFLP是 Bachem等[11]结合 RT-PCR和
AFLP 两种技术提出分析基因差异表达的一种有效
方法。该技术具有反应条件严谨、退火温度高、重
复性好等特点 , 已经被广泛用于基因表达差异研
究[12]。因此, 本文以成株期兴资 9104和 CY32为研
究对象, 利用 cDNA-AFLP 技术对成株抗条锈病反
应中的基因表达进行分析, 以期解析成株抗条锈性
表达的分子机制, 为小麦成株抗锈性的合理利用以
及小麦条锈病的可持续控制提供理论和实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料及条锈菌接种、取样
供试小麦品种为兴资 9104, 小麦条锈菌(P. strii-
formis f. sp. tritici)为条中 32号生理小种(CY32), 由
西北农林科技大学植物病理研究所提供。兴资 9104
含有 1 对显性基因控制其成株期对 CY32 的抗性(0;
至 1型反应), 苗期接种 CY32呈亲和 4型反应[10]。
将小麦种子分拣后按每盆 5粒播种于直径为 15
cm 的花盆中, 待孕穗期(GS40 至 GS43 期)[12], 以新
鲜收集的条锈菌夏孢子用毛笔涂抹法 [13]接种旗叶 ,
以清水模拟接种作为对照。将接种后的小麦置
(9±2)℃保湿桶黑暗保湿 24 h, 然后转移至(14±2)℃、
16 h/8 h光暗条件下培养, 湿度控制在 90%~100%。
分别于接种后 0、12、18、24、36、48、72、96 和
120 h 取样, 液氮速冻后于80℃保存。留取部分接
种叶片鉴定反应型, 3次重复。小麦幼苗(GS11至 GS12
期)[12]的培育、处理与成株期保持一致。
1.2 总 RNA提取与 cDNA合成
采用 Biozol (BioFlux, 日本)分别提取条锈菌接
种后 12、18、24、36、48、72、96和 120 h以及处
理 0 h样品的总 RNA, 利用 BD PowerScript反转录
酶 (Clontech, 美国 )合成第一链 cDNA, LD-PCR
(Clontech, 美国)合成双链 cDNA, 用 QIAquick PCR
纯化试剂盒(QIAGEN, 德国)纯化双链 cDNA。在总
RNA、双链 cDNA制备过程中, 用 1.0%琼脂糖凝胶
电泳鉴定总 RNA完整性, 用 NanoDrop 1000 (Thermo
Fisher Scientific, 美国)核酸蛋白检测仪检测浓度和
纯度, 双链 cDNA弥散应保证在 3 kb以上。
1.3 cDNA-AFLP分析
参照 Bachem等[11]建立的方法, 利用AFLP表达
分析试剂盒(LI-COR, 美国)进行 cDNA-AFLP反应。
第 3期 张 岗等: 利用 cDNA-AFLP技术分析小麦成株抗条锈性差异基因表达特征 403


将 9 个时间点样品的双链 cDNA, 连接产物和预扩
增产物三者按 1∶5∶10 比例稀释作为选择性扩增
模板, 用 8 条 Mse I 引物(M-AC、M-AG、M-CA、
M-CT、M-GA、M-GT、M-TC和 M-TG)和 8条 IRDye
800-Labled Taq I引物(T-GA、T-GT、T-TC、T-TG、
T-CT、T-CA、T-AG和 T-AC)随机组合进行选择性扩
增反应。用 LI-COR 4300 DNA分析仪(LI-COR, 美
国)电泳分析 PCR产物。
1.4 差异转录本回收、克隆与测序分析
差异转录本(transcribed derived fragment, TDF)
系接种条锈菌后各时间点样品中与 0 h 对照相比表
达增强或抑制的条带。利用 Odyssey扫描仪(LI-COR,
美国)回收差异 TDF, 经反复冻融、二次 PCR(体系、
程序同选扩反应 ), QIAgen 凝胶回收试剂盒
(QIAGEN, 德国 )回收后 , 与 pGEM-T Easy 载体
(Promega, 美国 )连接、转化感受态细胞大肠杆菌
JM109菌株。筛选重组子并提取质粒, 以 M13+为测
序引物 , 用 Bigdye Terminator V3.1 测序试剂盒
(Applied Biosystems, 美国 )进行测序反应 , ABI
PRISM 3130 XL遗传分析仪(Applied Biosystems, 美
国)测序。根据 Wang 等[12]建立的方法, 进行本地化
序列分析, 按照 Bevans等[15]的方法对差异基因进行
功能分类。
1.5 qRT-PCR验证
为验证差异基因的 cDNA-AFLP 表达谱, 根据
功能注释及分类, 选取与抗病防御、信号转导及转
录调控等相关的 6个差异基因(aTaPST9、aTaPST73、
aTaPST134、aTaPST189、aTaPST196和 aTaPST204),
进行 qRT-PCR验证, 3次重复。分别提取成株期、苗
期接种后 12、18、24、48、72和 120 h各时间点样
品以及各时间点对应清水模拟接种和 0 h 叶片的总
RNA (26份)。以 oligod (T)18为引物, 用 M-MLV反
转录酶(Promega, 美国)合成 cDNA第一链。用 Primer
5.0软件设计定量引物(表1)。应用 ABI PRISM 7500
(Applied Biosystems, 美国)实时定量 PCR 仪, 以各
时间点 cDNA第一链为模板, 进行 PCR扩增。体系
为 0.5 μL 50× SYBR Green, 0.1 μL ROX, 1.0 μL
25×cDNA, 2.5 μL 10×Taq buffer, 2.5 mmol L1 MgCl2,
0.16 mmol L1 dNTPs, 0.2 μmol L1引物, 补水至 25
μL。PCR程序为 95℃ 1 min, 95℃ 10 s, 56℃ 20 s,
72℃ 40 s, 40个循环。反应结束后分析荧光值变化曲
线和融解曲线, 每个反应 3次重复。用 ABI PRISM
7500软件分析计算各基因在不同处理的 Ct值, 采用
2ΔΔCt 算法[16], 以各时间点内参基因 TaEF1α (Gen-
Bank 登录号为 U76744)的量为标准来确定目标基因
的量。
2 结果与分析
2.1 成株抗病性相关差异 TDF的分离
在每个处理样品中, 不用组合的选扩引物扩增
产生大小在 100~700 bp之间的 TDF条带 50~80个。
用 64对引物进行选择性扩增, 经 PAGE分离均产生
良好的多态性(图 1), 共检测到转录本约 32 320个。
随后确定 37 对选扩引物组合(MAC+TGT/TAG/TTG/
TTC, MCA+TTC/TTG/TAC, MAG+TAC, MTG+TGA/
TGT/TTG/TCA/TAG/TAG/TAC, MGT+TGA/TTG/TGT/
TCT/TCA/TAG/TAC, MTC+TGA/TTC/TCT/TCA/TAG/
TAC, MCT+TGT/TTC/TCT/TCA/TAG, MGA+TGA/
TTC/TCT/TAC), 重新选扩, PAGE 分离检测到重复
性良好的差异 TDF约 2 201个(6.81%)。cDNA-AFLP
表达谱分析发现, 其中 1 275 个(57.9%) TDF 下调,
926个(42.1%)上调。在选择的 439个差异 TDF中, 成
功回收 372个, 经连接、转化及测序分析, 最终获得
330个差异 TDF。
2.2 基因序列分析
利用本地化 EST分析平台, 将 330个差异 TDFs
聚类, 得到 259 个 Unigenes (131 个 contig, 128 个

表 1 qRT-PCR验证的差异基因引物序列
Table 1 Primers of the selected differentially expressed genes verified by qRT-PCR analyses
基因号
Gene code
引物序列
Primer sequence (5′–3′)
产物大小
Size (bp)
aTaPST9 F: CATCTCAGAATGGTGGCAAG; R: GTGACGGTGAAGGAGGACAG 196
aTaPST73 F: GATCCATCAAATCAGGACAAGG; R: AAAGAGAACACAAACGCACACA 100
aTaPST134 F: GCAACAAATGTCCGTTCCAA; R: GCGTACCGACTAGCTCATCTTCT 112
aTaPST189 F: CGGCTCCTGTGTCATCTCG; R: TCGGCTCCTGTGTCATCTCG 108
aTaPST196 F: CAATGACATCGGAAGCAGCA; R: CCAATACCAAAGTCTCCCAAGTG 102
aTaPST204 F: CAAGCAGATACCCAGGAAGAAC; R: TCCACCGAGGGAAGCAAT 168
TaEF1α F: TGGTGTCATCAAGCCTGGTATGGT; R: ACTCATGGTGCATCTCAACGGACT 86
404 作 物 学 报 第 36卷



图 1 MAC+TAG选扩产物的 PAGE凝胶电泳检测
Fig. 1 PAGE analysis of selectively amplified products using
primer MAC+TAG pair
M: 50~700 bp标准分子量; 0~8: 接种 0、12、18、24、36、48、
72、96和 120 h后样品。
M: 50–700 bp molecular weight marker; 0–8: samples at 0, 12, 18,
24, 36, 48, 72, 96, and 120 h after inoculation, respectively.

singleton), 命名为 aTaPST1至 aTaPST259 (GenBank
登录号 FL645754 至 FL646011 和 FL646262)。基于
Blastx比对结果, 将 259个差异转录本进行功能注释
后分为 14 大类(图 1)。未知功能蛋白(26.25%)和 No
hits (37.07%)属第一大类; 其次依次是能量和基础
代谢类基因, 分别占 11.20%和 4.63%; 转录调控类、
抗病与防御类, 各占 3.86%; 参与蛋白质运输和储
存的 8个基因, 占 3.09% (表 2); 蛋白质合成类、细
胞生长类, 各占 2.32%; 与信号转导相关的 5个基因,
占 1.54% (表 2); 细胞结构、胞间运输、转运子或转
座子基因, 其数量相对较少。参与转录调控、蛋白
质运输和储存、信号转导以及抗病与防御四大类的
多数差异基因, 其 cDNA-AFLP 表达谱为上调表达,
仅极少数呈下调表达(表 2)。
2.3 qRT-PCR验证
qRT-PCR 分析结果显示, 在接种锈菌侵染早期
(接种后12 h), aTaPST9 (编码 NAC转录因子)、aTa-
PST73 (编码金属硫蛋白 )和 aTaPST196 (编码类
Xa21 蛋白)均诱导表达, 其中 aTaPST73 在苗期上调
至对照的 6.8 倍。在锈菌侵染后期 (接种后 48 h),
aTaPST134 (编码 GTP结合蛋白)和 aTaPST204 (编码
F-box蛋白)呈上调表达, aTaPST204在成株期和苗期
诱导高峰分别出现在接种后 48 h和 72 h, 最大表达
量分别为对照的 3.6倍和 4.0倍。编码一种臭氧胁迫
应答蛋白的差异基因 aTaPST189, 苗期、成株期均被
诱导, 且成株期的表达量较苗期略高。以上这 6个基
因的不同 qRT-PCR表达模式符合其 cDNA-AFLP表
达谱特征。
3 讨论
3.1 小麦成株抗条锈性差异表达特征
本研究监测了成株期接种条锈菌 12、18、24、
36、48、72、96和 120 h的基因表达动态, 较 Mallard
等 [7]首次报道小麦成株抗条锈性差异表达, 更全面
覆盖锈菌侵染过程中小麦抗病反应所涉及的基因变



图 2 小麦成株期差异表达基因的功能分布
Fig. 2 Functional distribution of the differentially expressed genes at adult stage of wheat
第 3期 张 岗等: 利用 cDNA-AFLP技术分析小麦成株抗条锈性差异基因表达特征 405


表 2 差异基因序列与 NR数据库的 Blastx比对分析
Table 2 Blastx analysis of differentially expressed unigenes against NR database in GenBank
单个基因
Unigene
GenBank登录号
GenBank accession
No.
大小
Size (bp)
最近匹配蛋白
Closest to database match
E值
E-value
上调/下调
I/R
Transcription
aTaPST7 FL645760 463 zinc finger protein 7.00E34 +
aTaPST9 FL645762 430 NAC transcription factor 3.00E10 +
aTaPST22 FL645775 468 zinc finger protein 5.00E38 
aTaPST37 FL645790 355 rRNA intron-encoded homing endonuclease 3.00E28 +
aTaPST42 FL645795 490 zinc finger protein 5.00E38 +
aTaPST46 FL645799 392 zinc finger protein 1.00E44 +
aTaPST96 FL645849 319 zinc finger C-x8-C-x5-C-x3-H type family protein 1.00E10 +
aTaPST141 FL645893 396 ribonuclease P-related protein 2.00E40 +
aTaPST143 FL645895 392 zinc finger protein 1.00E44 +
aTaPST148 FL645900 458 zinc finger protein 1.00E37 
Protein destination and storage
aTaPST102 FL645855 510 sec61beta family protein 3.00E13 +
aTaPST131 FL645883 222 ubiquitin-like protein 5 1.00E26 
aTaPST137 FL645889 563 microsomal signal peptidase 25 kD subunit-like protein 2.00E63 +
aTaPST139 FL645891 463 GPI-anchored protein 6.00E39 +
aTaPST188 FL645940 419 proteasome maturation factor 5.00E59 +
aTaPST204 FL645956 283 f-box protein family-like 6.00E23 +
aTaPST212 FL645964 362 kelch repeat-containing f-box protein-like 2.00E37 
aTaPST229 FL645981 199 WD-40 repeat protein-like 5.00E25 +
Signal transduction
aTaPST19 FL645772 269 protein phosphatase 2C 2.00E36 +
aTaPST85 FL645838 314 phospholipase D 2.00E24 +
aTaPST134 FL645886 155 GTP-binding protein typA 6.00E15 +
aTaPST225 FL645977 418 elicitor-responsive protein 3 9.00E50 +
Disease/defence
aTaPST8 FL645761 731 senescence-associated protein 3.00E41 +
aTaPST14 FL645767 509 translationally-controlled tumor protein homolog 2.00E65 +
aTaPST13 FL645766 584 universal stress protein 2.00E27 +
aTaPST73 FL645826 268 metallothionein-like protein type 2 2.00E08 +
aTaPST83 FL645836 352 senescence-associated protein 2.00E43 +
aTaPST98 FL645851 582 TLP_WHEAT thaumatin-like protein PWIR2 precursor 7.00E91 +
aTaPST104 FL645857 389 wali6 1.00E19 +
aTaPST125 FL645877 287 verticillium wilt disease resistance 6.00E17 
aTaPST196 FL645948 166 Xa21-like protein 1.00E11 +
aTaPST189 FL645941 423 ozone-responsive stress-related protein-like 1.00E29 +
正、负号分别表示上调和下调表达。
“+” and “” indicate up- and down-regulation, respectively.

化情况, 因此获得了较多数量的差异基因。这些差
异基因分属 14个大类群[15], 与水原 11-CY31亲和反
应[12]中差异基因分类一致, 说明小麦—条锈菌亲和
反应和成株期小麦—条锈菌的非亲和反应在抵抗病
原菌方面存在共性。Coram 等[8]发现抗病与防御类
差异基因比例较高, 其次为信号转导类。在本研究
中, 转录调控、蛋白质储藏、运输类差异基因数量
较多, 说明这两类基因与成株抗性关系密切。此外,
406 作 物 学 报 第 36卷



图 3 部分差异表达基因的 qRT-PCR分析
Fig. 3 qRT-PCR analysis of the interested differentially expressed genes

还检测到一些非生物胁迫相关基因(编码臭氧胁迫
应答相关蛋白、胁迫蛋白和 Wali蛋白等), 暗示植物
对病原菌入侵与非生物环境胁迫存在交叉适应, 可
能在抵御外界胁迫方面具有一些共同机制。而
Hulbert 等[9]认为成株抗条锈类似于一种非生物胁迫
引起的抗性。
cDNA-AFLP 分析揭示差异基因表达谱比较复
杂, 涉及各大类。总的来说, 能量和基础代谢类基因
普遍受到抑制, 蛋白合成、运输与转运类、抗病防
御类基因基本上调, 一些信号转导类基因也受诱导。
在拟南芥—丁香假单孢菌(Pseudomonas syringae)[17]的
互作研究中, 亲和反应、非亲和反应之间的大部分
基因表达差异主要表现为数量性的差异。本研究通
过对 6 个差异基因的 qRT-PCR 分析, 一方面验证了
cDNA-AFLP 表达谱 , 同时也展示了各基因的表达
时间、水平在苗期、成株期存在差异, 这些差异可
能与成株抗条锈性表达有一定关系。
3.2 抗病防御相关 TDF
植物 R 基因编码产物多数为蛋白激酶, 如番茄
Pto[18], 大麦 RPG1[19]等。差异基因 aTaPST196 编码
产物与水稻 Xa21同源, 在成株期 12 h上调, 推测其
与成株抗性相关。在条锈菌与含有 Yr39的小麦品种
构成的非亲和反应中, 9个诱导的差异基因编码产物
均与 R 蛋白同源 [8], 其中包括 RGP1。差异基因
aTaPST73, 编码类金属硫蛋白(MT), 在亲和反应早
期受锈菌诱导。Butt等[20]发现 Peronospora parasitica、
Pseudomonas syringae诱导拟南芥 MT表达。另有证
据表明, MT通过清除氧自由基, 在抗氧化胁迫中起
重要作用[21]。小麦—条锈菌互作过程中伴随寄主细
胞的坏死和内源性自由基、重金属离子的释放, 小
麦类 MT 蛋白是否参与这些物质的清除, 值得深入
探究。aTaPST189 与水稻臭氧应答胁迫相关蛋白同
源, 受病原菌诱导表达, 在抗病反应中的表达量较
感病中高。Sharma等[22]发现臭氧通过气孔进入叶肉
细胞在植物体内扩散, 在细胞壁和质膜与水或者其
他因子相互作用, 诱导细胞产生活性氧(ROS)。推测
臭氧应答胁迫相关蛋白可能通过这种机制参与成株
抗性。
3.3 蛋白质代谢相关 TDF
F-box蛋白是一类含有 F-box结构域、真核生物
中普遍存在的蛋白家族。F-box蛋白通过参与泛素——
蛋白酶体途径(ubiquitin-proteasome pathway, UPP)调
控转录、细胞凋亡、信号转导等过程[23]。拟南芥 ORE9
编码一种 F-box 蛋白, 与叶片衰老负相关[24]。拟南
芥另外两种 F-box蛋白 F-box SON1和 COI1则分别
通过参与 SA和 JA途径来调控植物防御反应[25-26]。
Van den Burg等[27]最新研究发现, ACIF1调控番茄和
烟草与病原菌识别所激发的细胞死亡和防卫反应。
本研究分离到两个编码 F-box 蛋白的差异基因
aPST204和 aPST212, aPST204在锈菌侵染后期显著
上调表达, 成株期 48~72 h上调、苗期在 72 h上调。
推测 aPST204 可能参与锈菌侵染后期小麦对条锈菌
的防卫反应。与 F-box 蛋白类似, 含有 WD 结构域
重复基序的 WD40 蛋白, 也在调控细胞生命活动方
面发挥重要作用 [28]。拟南芥 TTG1 通过活化相应
bHLH 转录因子 , 调控花色素苷的合成 [29]。水稻
WD40蛋白 SRWD受盐胁迫诱导[30]。本研究分离得
到一个编码 WD40 蛋白的差异基因 aTaPST229, 该
第 3期 张 岗等: 利用 cDNA-AFLP技术分析小麦成株抗条锈性差异基因表达特征 407


基因受条锈菌侵染诱导表达, 推测其可能参与成株
抗条锈性表达。
3.4 转录调控相关 TDF
NAC 是一类植物特有的转录因子, 在抗逆境胁
迫、抗病等方面具有重要的功能[31-32]。HvNAC6 和
ATAF1受大麦白粉菌(Blumeria graminis f. sp. hordei,
Bgh)诱导, 正调控大麦和拟南芥对 Bgh 的抗性[31]。
过量表达 OsNAC6 的转基因水稻对低温、干旱、盐
胁迫的耐受性以及对枯萎病抗性均提高[32]。OsNAC4
正调控水稻细胞的过敏性坏死反应[33]。aTaPST9 与
大麦 NAC蛋白高度同源, 且在成株期受条锈菌诱导,
推测其可能参与成株抗性, 迄今尚未见有小麦 NAC
基因应答病原真菌入侵的报道。另外, 本研究获得
C-x8-C-x5-C-x3-H 和 C2H2 类锌指蛋白编码基因 7
个。aTaPST22、aTaPST42 和 aTaPST148 的 cDNA-
AFLP表达谱下调, 其余 4个基因上调, 说明锌指蛋
白基因在成株期抗性表达中相对比较活跃, 可能通
过不同途径来激活或抑制下游基因表达。大豆
homeodomain型锌指蛋白 GmZF-HD1、GmZF-HD2被
证实作为转录因子激活 GmCaM4的表达[34]。
3.5 信号转导相关 TDF
G 蛋白对植物防卫反应具有调节功能[35]。柠檬
苗G蛋白调控HR反应以表现对链格孢菌(Alternaria
alternata)的抗性[36]。OsRac1可以诱导水稻细胞产生
ROS, 同时又是 ROS清除剂的抑制子[35]。差异基因
sTaPST93在条锈菌侵染后 12 h上调, 非亲和反应中
的表达量高于亲和反应; aTaPST134 在锈菌侵染后
期(48 h)上调, 两个基因的不同表达模式暗示它们参
与的抗病机制可能不同。磷脂酶 D (phospholipase D,
PLD)通过与酶解产物磷脂酸(phosphatide acid, PA),
一起作用于下游信号分子, 激活蛋白激酶、磷酸化
酶等, 从而参与植物生长发育、环境胁迫以及抗病
反应[37]。低温、水分胁迫或病原菌侵染均可激活 PLD
基因表达[37]。PLDγ1在拟南芥与无毒性 Pseudomonas
的非亲和反应中特异表达, 而PLDα、PLDβ和PLDγ2
在病原菌侵染早期均被诱导[38]。aTaPST85在成株期
受条锈菌诱导 , 推测其可能参与成株抗病防御反
应。Yamaguchi 等[39]最新研究发现, 下调 OsPLD 基
因的水稻表现出大量活性氧的积累和 PR 蛋白的活
化等, 提高稻瘟病菌(Pyricularia grisea)和白叶枯菌
(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)抗性。可见, PLD在
不同植物抗病防御反应中的作用机制不同, 进一步
深入研究 PLD 基因功能及磷脂信号转导途径, 对于
阐明植物抗病机制是十分重要的。
4 结论
采用 cDNA-AFLP 技术, 系统分析成株抗条锈
小麦品种兴资 9104在成株期受 CY32侵染的基因表
达, 获得 330个差异TDF, 主要涉及能量、基础代谢、
转录调控、抗病与防御、蛋白质运输和储存、蛋白
质合成和细胞生长、以及信号转导等。验证 6个差异
基因的 qRT-PCR表达模式符合其 cDNA-AFLP表达
谱。小麦成株抗条锈性分子机制涉及抗病与防御、
转录调控、蛋白质代谢、信号转导、以及非生物胁
迫等多种途径相关的生理、生化反应协同调控。
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排, 共计56科、155属、833种；裸子植物按郑万钧、傅立国1977 枟年 中国植物
枠志 系统编排, 共计10科(2科栽培)、30属(11属栽培)、88种(26种栽培)；被子
植物按哈钦松1926年、1934年系统编排, 共计243科(10科栽培)、1 826属(180
属为栽培或归化)、8 247种(512种栽培, 67种归化)。属、种按拉丁字母顺序排
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理学、植物分类学、植物生态学、植物资源学、植物多样性保护、农业、林业、
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