小麦与叶锈菌互作过程中H2O2的分布及其代谢相关酶基因的表达分析
本实验室前期工作以荧光探针DCFHDA标记H2O2时发现，在小麦（Triticumaestivum L.）与叶锈菌(puccinia triticina)不亲和互作中H2O2爆发呈现双峰曲线，并通过药物学试验证明H2O2爆发与寄主细胞的程序性死亡有关。为了进一步探究该体系中H2O2的时空分布特征及其来源，本试验以小麦品种洛夫林10(L10)为材料，与叶锈菌生理小种165和260分别组成亲和组合和不亲和组合，用DAB、CeCl3特异性标记H2O2，分别借助光学显微镜及透射电子显微镜来观察叶锈菌侵染过程中H2O2的时空分布特点，并通过RT-PCR技术对H2O2产生过程和清除过程相关基因的表达进行分析，以期在转录水平对H2O2产生的分子机制进行初步探讨。主要结果如下:
1、利用光学显微镜观察了小麦与叶锈菌互作过程中，不同亲和性组合中H2O2在组织水平的分布特征。试验结果表明互作前期0h到12h不亲和组合和亲和组合的H2O2分布没有差异，H2O2主要集中在侵染点处的保卫细胞上，但在不亲和组合中H2O2的产生量多于亲和组合。互作后24h不亲和组合在侵染点处被侵染的叶肉细胞中分布有少量的H2O2,48h在已扭曲变形的HR细胞中有大量的H2O2分布，72h近乎崩溃的HR细胞中有少量的H2O2分布。亲和组合在接种后期始终没有观察到H2O2染色。
2、利用电镜技术观察了小麦与叶锈菌互作过程中，不同亲和性组合中H2O2在亚细胞水平的分布特征。试验结果表明在接种后4h无论不亲和组合还是亲和组合中在菌的侵染点处即附着胞的下方保卫细胞壁和叶肉细胞的壁上均有H2O2分布，且不亲和组合中H2O2的量比亲和组合多;在接种后8h不亲和组合中叶锈菌成功发育形成气孔下泡囊，在下泡囊上有大量的H2O2分布，并在侵染点处保卫细胞和叶肉细胞壁上也有大量H2O2分布，而亲和组合中无论是在气孔下泡囊上还是在叶肉细胞壁上都没有发现H2O2的分布现象;在接种后12h，无论亲和组合还是不亲和组合中在初生菌丝及其周围的叶肉细胞上都没有观察到H2O2的分布;在接种后24-72h，不亲和组合中在菌形成的吸器母细胞、吸器以及败育的吸器及其接触的发生HR的叶肉细胞及壁上分布有较多的H2O2，且其周围的健康细胞壁上也有H2O2上分布，而亲和组合中无论在菌的不同发育结构上还是寄主细胞上均没有观察到H2O2。
3.PT-PCR结果显示，在不亲和组合中TaSOD1的高表达和TaCATA、TaAPX1的低表达可能是导致H2O2产生与清除失衡的主要原因，使得该互作过程中呈现出H2O2的大量积累;亲和组合中TaSOD1、TaCATA和TaAPX1高表达维持了H2O2产生与清除的平衡，从而没有发生氧爆发。
综合以上结果我们初步推测小麦与叶锈菌互作过程中产生的H2O2主要来源于寄主细胞的细胞膜和细胞壁;在互作早期产生的H2O2可能主要发挥信号作用诱发寄主细胞产生一系列防御反应，而后期产生的H2O2直接参与对菌的杀戮作用和对寄主细胞发生HR的促进作用，同时作为信号物质诱发邻近HR的周围细胞产生防御反应。
小麦;叶锈菌;过氧化氢;时空分布特征;氯化铈标记;防御分子机制
河北农业大学
硕士
植物学
王冬梅
2013
中文
S512.1;S435.121.43
38
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）