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Cloning of maize WRKY76 and its expression patterns involved in resistance to maize banded sheath blight

玉米转录因子WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析



全 文 :  Guihaia  Mar. 2016ꎬ 36(3):273-279
http: / / journal.gxzw.gxib.cn
http: / / www.guihaia-journal.com
DOI: 10.11931 / guihaia.gxzw201401022
高文成ꎬ李玥ꎬ张银超ꎬ等. 玉米转录因子 WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析 [J]. 广西植物ꎬ 2016ꎬ 36(3):273-279
GAO WCꎬLI YꎬZHANG YCꎬet al. Cloning of maize WRKY76 and its expression patterns involved in resistance to maize banded sheath blight [J]. Guihaiaꎬ
2016ꎬ 36(3):273-279
玉米转录因子 WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析
高文成1ꎬ 李  玥2ꎬ 张银超1ꎬ 张志明1ꎬ 潘光堂1ꎬ 林海建1∗
( 1. 四川农业大学 玉米所 /农业部西南玉米生物学与遗传育种重点实验室ꎬ成都 611130ꎻ 2. 绵阳农业科学研究院ꎬ四川 绵阳 621000 )
摘  要: 玉米纹枯病是影响玉米产量和品质的重要病害之一ꎮ 转录因子 WRKY家族部分成员能够调控水杨
酸和茉莉酸甲酯信号传递方式来激发防卫反应基因的表达ꎮ 在 NCBI 上检索玉米中 WRKY 家族成员及拟南
芥中抗病相关的WRKY家族成员ꎬ利用 CLUSTAL X和 MEGA5.05构建系统进化树ꎬ发现转录因子 WRKY76可
能参与玉米抗纹枯病的调控途径ꎮ 该研究以玉米抗纹枯病材料 R15和感病材料 Ye478为对象ꎬ在玉米拔节期
接种立枯丝核菌 AG1 ̄IAꎬ首先分别于接菌前(对照)和接菌后 1、2、4、6、12、24 h 取叶鞘ꎻ然后分别进行水杨酸
和茉莉酸甲酯胁迫处理ꎬ分别于处理前(对照)和处理后 1、2、4、6、12 h取叶鞘ꎬ提取 RNAꎬ实时荧光定量 PCR
分析 WRKY76转录因子基因在玉米叶鞘组织中不同胁迫条件下的差异表达ꎮ 结果表明:在立枯丝核菌 AG1 ̄
IA胁迫下ꎬWRKY76转录因子基因在胁迫后 1 h表达量达最大值ꎬ抗病材料 R15 的相对表达量高于感病材料
Ye478且差异显著(P≤0.05)ꎻ经水杨酸(Salicylic Acidꎬ SA)处理ꎬWRKY76在抗感材料中表达趋势相似ꎬ在感
病材料掖 478中ꎬWRKY76被诱导而显著地上调表达ꎬ在抗病材料中ꎬ相对表达量峰值出现在胁迫后 4 hꎬ且相
对表达量低于感病材料掖 478ꎮ 经茉莉酸甲酯(Methyl jasmineꎬ MeJA)处理ꎬWRKY76基因在感病材料中呈现
下调表达趋势ꎮ WRKY76基因在 1 h表达量为对照的 0.6倍ꎬ其他调查时间点基本都在 0.1 ~ 0.3 之间ꎮ 在抗
病材料 R15中ꎬWRKY76基因表达呈现上升趋势ꎬ变化趋势不明显ꎮ 这表明 WRKY76转录因子基因能够被病
原物、SA、MeJA诱导表达ꎬ可能参与植物抗纹枯病调控途径ꎮ
关键词: 纹枯病ꎬ 转录调控因子ꎬ WRKY基因ꎬ 实时荧光定量 PCR
中图分类号: Q943.2ꎬ Q751    文献标识码: A    文章编号: 1000 ̄3142(2016)03 ̄0273 ̄07
Cloning of maize WRKY76 and its expression patterns
involved in resistance to maize banded sheath blight
GAO Wen ̄Cheng1ꎬ LI Yue2ꎬ ZHANG Yin ̄Chao1ꎬ ZHANG Zhi ̄Ming1ꎬ
PAN Guang ̄Tang1ꎬ LIN Hai ̄Jian1∗
( 1. Maize Research InstituteꎬSichuang Agricultural University / Key Laboratory of Biology and Genetic
Improvement of Maize in Southwest RegionꎬMinistry of Agriculyureꎬ Chengdu 611130ꎬ Chinaꎻ
2. Mianyang Academy of Agricultural Scienceꎬ Mianyang 621000ꎬ China )
Abstract: Maize banded leaf and sheath blight (BLSB) which is a very destructive diseaseꎬ can result in a significant
yield loss and also heavily affect the quality of corn in maize production area. The expression of defense response genes
could be stimulated by SA (salicylic acid) and MeJA (methyl jasmine) in the signal transduction pathwayꎬ and regula ̄
收稿日期: 2014 ̄06 ̄29    修回日期: 2014 ̄11 ̄19
基金项目: 国家自然科学基金(31201221)ꎻ国家“863”项目(SS2012AA100107) [ Supported by the National Natural Science Foundation of China
(31201221)ꎻ National High ̄tech R & D Program of China(SS2012AA100107)]ꎮ
作者简介: 高文成(1987 ̄)ꎬ男ꎬ内蒙开鲁县人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为玉米逆境分子生物学ꎬ(E ̄mail)gaowencheng2009@ 163.comꎮ
∗通讯作者: 林海建ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ研究方向为玉米分子生物学与遗传育种ꎬ(E ̄mail)linhj521@ gmail.comꎮ
ted by members of the WRKY transcription factors family. Transcription factors WRKY family members in Maize and
WRKY family members which are related to resistance in Arabidopsis were collected from NCBIꎬ and then polygenetic
tree was successfully constructed. According to the result of polygenetic which was conducted by using the software
CLUSTAL X and the software MEGA5.05ꎬ we concluded that the transcription factor WRKY76 was most likely involved
in maize sheath blight resistance network. Whether the transcription factor WRKY76 plays a truly important role in sigjnal
transduction path is still unknown. The materials used in this study were R15 (Resistant line) and Ye478 (Susceptible
line). R15 and Ye478 under different kinds of stress conditions were used to characterize the expression pattern of
WRKY76 gene by qRT ̄PCRꎬ leaf sheath samples were collected at 0ꎬ 1ꎬ 2ꎬ 4ꎬ 6ꎬ 12 and 24 h post Rhizoctonia solani
AG1 ̄IA inoculationꎬ and 0ꎬ 1ꎬ 2ꎬ 4ꎬ 6ꎬ 12 h after SA ( salicylic acid) and MeJA ( methyl jasmine) stress
treatment. When leaf sheath samples were inoculated with R. solani AG1 ̄IA at jointing stageꎬ the WRKY76 gene expres ̄
sion was able to reach to the highest at 1 h post inoculationꎬ and its expression was 20 and 32 times higher than control
in Ye478 (Susceptible line) and R15 (Resistant line)ꎬ with significant difference (P<0.05). The relative expression
decreased at 2 h post inoculation. 3 times for Ye478 (Susceptible line) while it returned to the original level for R15
(Resistant line). The expression pattern in R15 (Resistant line) tended to increase along with treatment time increas ̄
ingꎬ while it was always higher than the susceptible line Ye478 with significant difference (P<0.05). When the maize
leaf sheath was treated with SA (salicylic acid)ꎬ the expression pattern of WRKY76 between Ye478 (Susceptible line)
and R15 (Resistant line) were almost the same levelꎬ and its expression in R15 (Resistant line) was higher than that of
Ye478 (Susceptible line). For R15 (Resistant line)ꎬ the relative expression level of WRKY76 was 33 times at 1 h post
inoculation compared to the controlꎬ 46 times at 2 h post inoculationꎬ and then decreasd to 2.5 time at 12 h post inocula ̄
tion. Howeverꎬ When the maize leaf sheath was treated with MeJAꎬ Ye478 (Susceptible line) presents the downward
trendꎬ R15 (Resistant line) shows a upward pattern according to the results of relative expression level at each treatment
time. There was no significant difference between Ye478 (Susceptible line) and R15 (Resistant line). Finally research
results of this study indicated that the WRKY76 gene expression could be induced by R. solani AG1 ̄IAꎬ SA (salicylic
acid) and MeJA (methyl jasmine)ꎬ and the WRKY76 might be involved in plant resistance signal transduction regulation
pathway to maize banded leaf and sheath blight.
Key words: maize banded leaf and sheath blightꎬ transcription factorꎬ WRKY76ꎬ qRT ̄PCR
    玉米是重要的粮食作物和工业原料ꎬ其产量的
稳定对国民经济的发展和确保我国粮食安全具有重
要意义ꎬ但生物和非生物逆境胁迫一直是限制玉米
高产稳产重要因素ꎮ 玉米纹枯病是典型的生物逆
境ꎬ尤其以西南地区最为严重ꎬ对该地区玉米的生
长、发育、产量和品质均构成严重不利影响(唐海涛
等ꎬ 2004ꎻ 杨俊品等ꎬ 2005)ꎮ 植物经过长期的进化
和自然选择ꎬ形成了由多条抗性途径在不同时空水
平上交叉、重叠而成的复杂的抗性机制和多种表现
的抗性形式ꎮ 在病原菌侵染植物时ꎬ激发了病程相
关蛋白(pathogenesis ̄relatedꎬPR)基因、组蛋白甲基
化基因及染色质重塑基因的表达ꎬ这些基因的表达
能被植物激素水杨酸( salicylic acidꎬ SA)及茉莉酸
(jasmonic acidꎬ JA)调控ꎬ激活防卫反应基因的表达
从而使植物表现出抗性(Spoel & Dongꎬ 2012)ꎮ 转
录因子 WRKY家族部分成员能调控 SA 及 JA 信号
传递(Li et alꎬ 2004ꎻ Mao et alꎬ 2007)ꎮ 在真核生物
中ꎬWRKY转录因子是分布最为广泛、最为保守的
一类蛋白ꎬ广泛参与植物的激素反应、生长发育、逆
境胁迫以及防御反应等生理生化过程(Eulgem et
alꎬ 2000ꎻ Eulgem & Somssichꎬ 2007)ꎬ在拟南芥(Qin
et alꎬ 2013)、水稻(Baldoni et alꎬ 2013)、烟草(Li et
alꎬ 2012)、棉花 ( Sun et alꎬ 2012)等植物中均有
WRKY转录因子基因功能的报道ꎬ这类基因能显著
提高植物的抗逆性ꎮ 拟南芥的 WRKYIIa 亚家族成
员包括 WRKY28、WRKY62、WRKY71、WRKY76 等ꎬ
对该亚家族所有成员进行过表达可提高水稻对白叶
枯病菌 (Xanthomonas oryzae pv. oryzae)的抗病性
(Peng et alꎬ 2010)ꎮ AtWRKY70 是植物 SA 防卫信
号传导途径的一个重要决定因子ꎬAtWRKY70 过表
达能提高 SA 介导的对白粉病菌(Erysipheci chora ̄
cearum)抗性 ( Li et alꎬ 2004)ꎻ相反ꎬ敲除或抑制
WRKY70的表达则会降低植物对 SA 介导的对白粉
病菌抗性(Ren et alꎬ 2008)ꎮ 这些研究表明ꎬ在植
物抗病防卫反应过程中ꎬWRKY 基因主要以防卫基
因转录调节子的角色介导了植物的抗病性ꎮ
472 广  西  植  物                                  36卷
目前ꎬ已有大量 WRKY转录因子基因被报道在
介导植物生物与非生物胁迫中发挥作用ꎬ但在玉米
抗纹枯病的研究中还未见报道ꎮ 本研究以构建系统
进化树结果为依据ꎬ以 WRKY76 为候选基因ꎬ通过
RT ̄PCR技术克隆WRKY76基因的全长 cDNA序列ꎬ
并运用实时荧光定量 PCR 分析玉米叶鞘组织在不
同胁迫条件下的表达特征ꎬ揭示 WRKY76 基因在病
害、激素等多种胁迫下的时空表达特征ꎬ为今后阐明
玉米抗纹枯病的分子调控机制和利用基因工程手段
培育抗病品种奠定理论基础ꎮ
1  材料与方法
1.1 系统进化树构建
利用 CLUSTAL X软件对检索得到的与拟南芥
中抗病相关 WRKY 家族基因蛋白进行多序列联配
分析ꎮ 根据多序列联配结果ꎬ采用 MEGA5.05 软件
邻接法(Neighbor ̄Joining method)的 Poisson模型ꎬ进
行 Bootstraping检验ꎬ重复 100次ꎬ选用 Uniform rates
构建进化树(Tamura et alꎬ 2011)ꎮ
图 1  玉米 WRKY76基因与拟南芥抗病
相关 WRKY基因的系统发生树
Fig. 1  Polygentic tree of maize WRKY76 and
Arabidopsis pathogen resistance WRKY genes
    本研究构建了该基因编码蛋白与拟南芥抗病相
关 WRKY转录因子的同源进化树ꎬ同时进行自展分
析ꎬ由图 1可知ꎬ各组及亚组分枝及深部节点都有较
高的自展值支持ꎬ由此表明该进化树的构建较为准
确ꎬ各组及亚组的分枝关系得到显著支持ꎮ 根据系
统发育树的拓扑结构ꎬ结合遗传距离和自展支持值
分析ꎬ玉米 WRKY76 基因与拟南芥抗病相关 WRKY
基因之间具有较高的同源性ꎬ成员多且分支有限ꎬ形
成相对独立的亚组分枝ꎬ没有出现交叉现象ꎬ其中
ZmWRKY76与抗病相关的 AtWRKY18 及 AtWRKY40
(Xu et alꎬ 2006 ) 聚类为一个分支ꎬ由此表明
WRKY76基因很可能参与植物的抗病反应过程ꎮ
1.2 材料及取样
供试材料为课题组前期鉴定筛选的感纹枯病自
交系掖 478和抗纹枯病自交系 R15ꎬ均由四川农业
大学玉米研究所提供ꎮ 在玉米拔节期进行胁迫处
理:生物胁迫为人工接种高致病性立枯丝核菌 AG1 ̄
IAꎬ分别于接菌前(对照)和接菌后 1、2、4、6、12、24
h取叶鞘ꎻ非生物胁迫为水杨酸和茉莉酸甲酯ꎬ水杨
酸处理浓度为 5 mmol􀅰L ̄1ꎬ茉莉酸处理浓度为
0.1 mmol􀅰L ̄1ꎬ分别于处理前(对照)和处理后 1、2、
4、6、12 h取叶鞘ꎬ经液氮速冻后保存于 ̄80 ℃备用ꎮ
1.3 总 RNA提取及 cDNA合成
玉米叶鞘总 RNA 提取按照 TRIzol 试剂操作流
程进行ꎮ RNA完整性通过 1.0%琼脂糖凝胶电泳检
测ꎻ用核酸蛋白仪检测 RNA 浓度和纯度ꎮ 根据
RNA的浓度确定反转录体系中 RNA 的体积ꎬ将总
RNA反转录成 cDNA 按照宝生物公司(TaKaRa)试
剂盒说明进行操作ꎬcDNA 样品保存于 ̄20 ℃冰箱
中ꎬ备用ꎮ
本研究用于基因克隆的 cDNA来自 R15接菌后
1 h的叶鞘组织 RNA 的反转录ꎻ用于荧光定量分析
的材料是 R15和掖 478 生长到拔节期的植株ꎬ选择
生长一致的植株ꎬ进行立枯丝核菌 AG1 ̄IA、 SA、
MeJA三种处理ꎬ提取叶鞘组织 RNAꎮ 提取后的
RNA通过琼脂糖凝胶电泳检测ꎬ28S 和 18S 条带清
晰ꎬ无拖尾现象(图 2)ꎬ表明所提 RNA完整性较好ꎻ
通过核酸蛋白仪测定 OD260 / OD280的比值在 1.8 ~ 2.1
之间ꎬ表明 RNA的纯度较好ꎮ 因此ꎬ所提 RNA可用
于后续基因克隆和实时荧光定量分析ꎮ
图 2  玉米叶鞘总 RNA电泳图
Fig. 2  Agarose gel electrophoresis of maize sheath total RNA
1.4 WRKY76基因克隆
根据 NCBI数据库公布的玉米 WRKY76 mRNA
5723期                高文成等: 玉米转录因子 WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析
序列ꎬ用 Primer Premier 5.0设计目标基因的特异引
物扩增包含整个 CDS 的序列(表 1)ꎮ 以反转录的
cDNA为模板ꎬ进行 RT ̄PCR 反应ꎬ反应条件如下:
模板 cDNA 2 μL、上下游引物各 0. 6 μL、2 ×KOD
Buffer 10 μL、2 mmol􀅰L ̄1 dNTPs 4 μL、KOD FX 0.4
μLꎬ加无菌 ddH2O 至 20 μLꎮ PCR 反应程序如下:
94 ℃预变性 5 minꎻ 以 94 ℃变性 30 sꎬ 56 ℃退火
30 sꎬ72 ℃延伸 1.5 minꎬ循环 35 次ꎻ72 ℃再延伸 8
minꎮ PCR结束之后ꎬ取 10 μL 进行电泳检测分析
结果ꎬ回收 PCR 产物并连接到 pMD􀅹19 ̄T 载体上ꎬ
转化 E. coli DH5αꎬ菌落 PCR验证阳性克隆ꎬ送上海
英俊生物有限公司测序ꎮ
1.5 WRKY76基因表达特征分析
以玉米看家基因 GAPDH 为内参基因ꎬ根据克
隆测序的玉米 WRKY76序列ꎬ用 Premier 5.0 设计目
的基因的 qRT ̄PCR引物(表 1)ꎮ 利用 Bio ̄Rad CFX
实时荧光定量 PCR 仪对玉米叶鞘组织不同胁迫处
理时间点的样品进行表达特征分析ꎬ反应体系为
EvaGreen􀅹Supermix 5 μL、模板 1 μL、上下游引物各
0.5 μLꎬ加 ddH2O至总体积 10 μLꎮ 反应条件为 98
℃预变性 2 minꎻ98 ℃变性 2 sꎬ59 ℃(GAPDH)、55.9
℃(WRKY76)退火和延伸 10 sꎻ循环 39 次ꎻ65 ~ 95
℃ꎬ作融解曲线ꎮ 试验共设 3个重复ꎬ结果分析采用
Bio ̄Rad CFX Manager自带的 gene study程序进行ꎮ
表 1  引物名称及序列
Table 1  Names and sequences of primers used in this study
引物
Primer
上游引物
Forward primer
下游引物
Reverse primer
引物用途
Function
1 AGACACACGCAGGTCATGAT TGAGGGAGATTTGGCTCTAA 克隆 Cloning
2 ACCGAGATCATCGCCTAC CTGTCCCTGCTCCTCTTC qRT ̄PCR
GAPDH ACTTCGGCATTGTTGAGG AAGTCGGTAGAAACCAGAT qRT ̄PCR
2  结果与分析
2.1 WRKY76基因的克隆
根据 NCBI数据库公布的玉米 WRKY76 mRNA
序列ꎬ设计目标基因的特异引物扩增包含整个 CDS
的一段序列ꎬ进行 PCR扩增ꎬ获得一条长度为 1 083
bp片段(图 3)ꎻ将其克隆到 pMD19 ̄T 载体上ꎬ菌落
PCR筛选阳性克隆ꎬ送上海英俊生物有限公司进行
基因测序ꎮ 将测序结果与已知的序列进行 BLAST
比对ꎬ结果与原氨基酸序列同源性达到了 100%ꎬ这
说明克隆得到的序列为目的基因ꎮ
2.2 WRKY76基因表达特征分析
2.2.1 WRKY76在立枯丝核菌 AG1 ̄IA胁迫下的差异
表达  实时定量 PCR 分析结果表明ꎬ立枯丝核菌
AG1 ̄IA侵染玉米 R15 和掖 478 1 h 后ꎬWRKY76 能
够强烈迅速上调表达ꎬ此时表达量达到最高ꎬ其中在
感病材料掖 478及抗病材料 R15 中ꎬ表达量分别为
对照的 20倍和 32倍ꎻ随后 2 h的相对表达量较 1 h
相对表达量降低ꎬ感病材料掖 478 相对表达量为 3
倍左右ꎬ抗病材料 R15回到原水平ꎻ在之后的 4 ~ 24
hꎬ在感病材料中ꎬ又出现两次峰值ꎬ分别出现在 4 h
和 12 hꎬ在胁迫 24 h时ꎬ相对表达量回到原水平ꎻ但
在抗病材料 R15 中ꎬ表达呈上升趋势ꎬ到达 6 h 时ꎬ
图 3  目的基因(WRKY76)扩增电泳图 
左侧为目的基因ꎬ右侧为 Markerꎮ
Fig. 3  Agarose gel electrophoresis of target gene(WRKY76) 
The target gene is on the leftꎬ Marker is on the right.
变化平缓ꎬ相对表达量维持在较高水平(图 4)ꎮ 统
计分析结果表明ꎬ该基因在抗病材料 R15 中的相对
表达量与感病材料掖 478中的差异达到了显著水平
(P≤0.05)ꎬ由此表明 WRKY76 转录因子基因很可
能是玉米纹枯病抗感差异原因之一ꎮ
2.2.2 WRKY76在 SA处理下的差异表达  在植物的
抗病信号转导途径中ꎬ水杨酸(salicylic acidꎬSA)作
为一种内源信号分子通过调控作用激活过敏性坏死
反应(hypersensitive responseꎬHR)和系统获得抗性
(systemic acquired resistanceꎬ SAR)反应ꎮ 外施 SA
672 广  西  植  物                                  36卷
图 4  WRKY76在立枯丝核菌胁迫下的表达模式分析
横坐标为处理时间ꎻ 纵坐标为 WRKY76相对表达量ꎮ
Fig. 4  Expression profile of WRKY76 under treatment
of AG1 ̄IA  X axis represents the time of treatmentꎬ
y axis represents relative expression of WRKY76.
可以增加植物的抗病性ꎬ为了明确 WRKY76 基因是
否受 SA的激发ꎬ用 SA 处理 R15 和掖 478 后ꎬ进行
实时荧光定量 PCR 分析ꎮ 结果表明在感病材料掖
478中ꎬWRKY76被诱导而显著的上调表达ꎬ在处理
后的 1 h 的相对表达量为对照的 33 倍ꎻ2 h 时相对
表达量达到最高的 46 倍ꎬ随后开始下降ꎬ12 h 时相
对表达量与维持在对照的 2.5 倍水平ꎻ在抗病材料
中ꎬ该基因被诱导表达的趋势与感病材料相似ꎬ相对
表达量峰值出现在胁迫后 4 hꎬ且相对表达量低于感
病材料掖 478(图 5)ꎮ 在感病材料中 SA 能快速诱
导 WRKY76基因的表达ꎮ
图 5  WRKY76在水杨酸处理下的表达模式分析
Fig. 5  Expression profile of WRKY76 under treatment of SA
2.2.3 MeJA处理下 WRKY76基因的差异表达  茉莉
酸(jasmonic acidꎬJA)及其功能衍生物如茉莉酸甲
酯(methyl jasmonateꎬMeJA)是高等植物中一种重要
的信号分子ꎬ在植物应对胁迫应答的信号转导中起
图 6  WRKY76在茉莉酸甲酯处理下的表达模式分析
Fig. 6  Expression profile of WRKY76
under treatment of MeJA
到重要的调控作用ꎮ 一般认为茉莉酸(JA)在调控
防御应答相关基因的表达时ꎬ主要与真菌类激发子、
虫害、干旱、伤害以及渗透等逆境胁迫的应激反应相
关ꎮ 在本研究中ꎬ感病材料掖 478 经茉莉酸甲酯
(MeJA)处理后ꎬWRKY76 基因的表达都受到了抑
制ꎬWRKY76基因在 1 h 表达量为对照的 0.6 倍ꎬ其
他调查时间点基本都在 0.1 ~ 0.3 之间ꎬ在处理时间
段内ꎬ表达呈现下降趋势ꎮ 而在抗病材料 R15 中ꎬ
WRKY76基因表达呈现上升趋势ꎬ变化趋势不明显ꎬ
具体表现为处理 4~ 12 h 时间段内相对表达量维持
在 1.8倍左右(图 5)ꎮ 综合分析表明ꎬWRKY76 基因
在茉莉酸参与的信号转导途径中是下调表达的ꎮ 在
JA途径中ꎬJA 促进 MYC 表达ꎬMYC 增强抗病基因
VSP2( vegetative storage protein 2) 表达却负调控
WRKY76表达ꎬ因此 WRKY76 基因受到抑制的效果
更明显ꎮ
3  讨论与结论
WRKY是一种受诱导表达的转录因子ꎬ在高等
植物应对生物与非生物胁迫反应的转录调控中有重
要功能ꎬ且具有快速、瞬时表达的特点(Dong et alꎬ
2003ꎻ Pandey & Somssichꎬ 2009)ꎮ 在病原物胁迫及
防卫反应信号分子如水杨酸及茉莉酸处理下均能诱
导 WRKY的表达(Park et alꎬ 2006)ꎮ
WRKY76在两个抗感自交系接种立枯丝核菌后
均具有受诱导性及快速瞬时表达的特点ꎬ在 1 h 的
相对表达量达到顶峰ꎬ抗性材料 R15 表达量升高的
倍数高于感病材料掖 478ꎬ 这与诱导防卫应答过程
中 WRKY基因发挥的转录调控功能相似(Dong et alꎬ
7723期                高文成等: 玉米转录因子 WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析
图 7  WRKY76在 SA及 JA途径中的调控作用  箭头代表正调控作用ꎻ T代表抑制作用ꎮ
Fig. 7  Regulatory effects of WRKY76 in the SA and JA pathways  Arrows represent a positive regulation roleꎻ T represent inhibitory effect.
2003)ꎮ 在接菌 6、12、24 h 这三个关键时期的高表
达且相对表达量存在显著差异ꎬ即抗病材料高于感
病材料ꎬ这与 VpWKRY1 和 VpWRKY2 受白粉菌诱导
表达相似(李慧娥ꎬ 2010)ꎮ
水杨酸(SA)信号分子与植物病原相关分子模
式(pathogen ̄associated molecular patternsꎬPAMP)激
发的免疫反应(PAMP ̄triggered immunityꎬPTI)和效
应子激发的免疫反应 ( effector ̄triggered immunityꎬ
ETI) ( Katagiri & Tsudaꎬ 2010) 存在着紧密联系
(Ryals et alꎬ 1996ꎻ Bostockꎬ 2005)ꎮ 当受到病原菌
侵入时ꎬ植物会产生移动免疫信号分子(MeJA、壬二
酸、磷酸甘油脱氢酶)和脂质转移蛋白(defective in
inducedresistance 1ꎬ DIR1ꎻ azelaic acidinduced 1ꎬ
AZI1)ꎬ通过维管组织运输到整个植物体中ꎬ使得植
物未被侵染部位产生抗病性ꎬ阻止病害进一步蔓延
(Spoel & Dongꎬ 2012)ꎮ 本研究中ꎬ玉米经信号分子
SA处理后ꎬWRKY76 基因都迅速而强烈的上调表
达ꎬ证实其在转录水平上参与调控植物抗纹枯病防
卫应答(Dong et alꎬ 2003)ꎬ同时这与拟南芥中大多
数 WRKY基因都受 SA的诱导而上调表达结果相符
(Eulgem et alꎬ 2000)ꎮ 表明该基因可能作为 SA 信
号传导的重要成员ꎬ同时该基因的表达与 SA 信号
分子的积累有直接联系ꎬ它可能通过调控下游的
NPR1(non ̄expressor of pathogenesis ̄related gene 1)ꎬ
使其从胞内向核内移动ꎬNPR1激活细胞核内 WRKY
的表达而启动植物的免疫反应(Ülker & Somssichꎬ
2004ꎻ Eulgem & Somssichꎬ 2007ꎻ Rushton et alꎬ
2010ꎻ Spoel & Dongꎬ 2012)ꎬ参与玉米与 AG1 ̄IA的
互作ꎬ指导植物做出抗病反应ꎮ
JA信号转导也是植物抗性反应的重要途径ꎬ主
要参与伤害引起的信号转导(Katagiri et alꎬ 2010)ꎮ
用 MeJA处理玉米后 WRKY76 基因的表达明显受到
抑制ꎮ JA信号转导能负调控依赖 SA信号分子的防
卫基因的表达(Petersen et alꎬ 2000ꎻ Kachroo et alꎬ
872 广  西  植  物                                  36卷
2001)ꎬAtWRKY70 则在激活 SA 诱导基因表达的同
时ꎬ抑制 JA 诱导基因的表达 ( Li et alꎬ 2004)ꎮ
WRKY76所具有的 SA 诱导上调和 JA 诱导下调特
性ꎬ推测可能在 SA 和 JA 信号转导中具有与 At ̄
WRKY70相似的功能ꎬ即 WRKY76 具有负调控茉莉
酸 JA响应基因 VSP2 及 PDF1.2( plantdefensin1.2)
的表达(Hu et alꎬ 2012)ꎮ
随着近年来深入和广泛的研究ꎬ越来越多的
WRKY家族成员被证明参与了植物的病原相关反
应ꎮ 在我们的研究中ꎬMeJA、SA、病原菌均能诱导
WRKY76转录因子表达ꎮ 玉米 R15 和掖 478 在接种
立枯丝核菌后ꎬ目的基因先上调表达并且反应非常
迅速ꎬ证实 WRKY 转录因子参与抗纹枯病调控途
径ꎮ 接种 1 h后ꎬWRKY76 的相对表达量达到最高ꎬ
而此时 AG1 ̄IA 的孢子刚刚侵染玉米叶鞘的表皮
层ꎬ暗示 WRKY76 可能参与了玉米病原菌侵染早期
的防卫反应ꎮ
植物在受到外界环境影响后ꎬ体内伴随着一系
列防御反应信号途径的激活ꎬ其中最主要的是水杨
酸信号转导途径和茉莉酸信号转导途径ꎮ 利用实时
荧光定量 PCR发现 WRKY76具有受 SA诱导上调表
达和 JA诱导下调表达特性ꎮ 在 SA 途径中ꎬSA 信
号增强 WRKY76 表达从而促进 SA 响应基因的表达
使得植物的抗病性增强ꎮ 在 JA 途径中ꎬJA 信号增
强 MYC2的表达ꎬ而 MYC2转录因子却抑制 WRKY76
的表达ꎮ 这些与拟南芥 WRKY70调控功能相似ꎮ
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9723期                高文成等: 玉米转录因子 WRKY76克隆及抗纹枯病表达模式分析