谷胱甘肽合成关键基因γ-ECS调控大豆孢囊线虫发育的分子机理研究
批准号：
32060608
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
34.0 万元
负责人：
李爽
依托单位：
学科分类：
植物病理学
结题年份：
2024
批准年份：
2020
项目状态：
已结题
项目参与者：
李爽
项目摘要
结项摘要
相似基金
相关文献
中文摘要
大豆孢囊线虫（Soybean cyst nematode, SCN）是大豆生产上最具威胁的病原线虫，严重影响大豆的品质与产量，筛选抗性基因用于选育抗病品种是解决这一病害的重要防治方法；但抗病机制研究仍待深入。申请人前期发现，SCN侵染抗线虫大豆品种抑制谷胱甘肽（GSH）合成酶基因γ-ECS表达，而水杨酸（SA）信号途径基因上调表达；BSO抑制GSH合成，降低GSH和H(GSH)含量，提高H2O2含量，影响SCN发育；阐明GSH在合胞体处调节H2O2含量影响SCN发育；提示SA信号通路可能参与抑制SCN发育。本研究旨在前期研究基础上，利用生物化学、组织学、遗传学和生物信息学阐明γ-ECS突变体与SCN发育的关系；揭示GSH调控SA合成和激活SA信号通路抑制SCN发育的分子机理。本研究不仅在理论上丰富谷胱甘肽作为多功能小分子调控大豆-SCN互作的作用，还可为抗SCN分子育种提供靶点。
英文摘要
Heterodera glycines (soybean cyst nematode, SCN) is the most threatening plant parasitic nematode in soybean production, and affect the quality and yield of soybean seriously. It is a significat strategy to controlling SCN that depending on screening resistance gene for breeding resistance culrivars, but the resistance mechanism is still to remain unclear. Applicant’s previous reseaches indicate that the expression of γ-ECS, a key gene of Glutathione (GSH) biosyntheis, was supppressed in SCN-resistance soybean lines, conversely the expression of genes involving Salicylic acid signalling pathway were induced. BSO could inhibit the GSH biosynthesis which lead to decreasing the accumulation of GSH and h(GSH), increasing the content of H2O2, and affecting the SCN development; these results reveal that GSH could affect the SCN development depending on GSH regulating content of H2O2 at syncytium, and suggest SA signalling involves in limit SCN development.This study is aim to illuminate the relationship between γ-ECS mutant and SCN development, and also reveal the molecular mechanism that GSH regulating the SA biosynthesis and activating SA signaling pathway using biochemistry, histology, genetic, and bioinformatic. This study is not only to enrich the knowledge in GSH consider as a multi-function melocular taking part in soybean-SCN interaction, but also providing the significant target for SCN-resistance molecular breeding.
大豆孢囊线虫是大豆生产中危害严重的病害之一，造成大豆减产和品质的降低。大豆孢囊线虫侵染大豆根系后影响大豆植株的氧化还原水平，而谷胱甘肽作为抗氧化剂用于调节大豆孢囊线虫侵染后的氧化还原水平。在此前的研究中发现在感病大豆品种中谷胱甘肽合成酶在大豆孢囊线虫侵染后表达水平显著升高，而抗病品种则下调表达。为了进一步阐明谷胱甘肽合成酶对大豆孢囊线虫发育的影响；(1)创制了谷胱甘肽合成酶GmγECS2基因编辑突变体，鉴定了纯合突变体中基因编辑区域出现了600bp的DNA缺失，谷胱甘肽的含量比野生型降低了50%~70%；大豆孢囊线虫雌虫指数降低了55%~65%。(2)聚焦大豆孢囊线虫与大豆的相互作用。前期发现 BSO 可抑制大豆孢囊线虫幼虫发育，通过 qPCR 证实 BSO 抑制谷胱甘肽合成途径关键基因 Gmγ-ECS 表达。转录组测序分析表明，BSO 处理下，抗病相关基因上调，营养物质合成与运输基因受抑制，线虫发育受阻。功能富集和蛋白互作网络分析揭示了相关功能聚类和关键节点。（3）通过生物信息学方法鉴定了大豆中8个谷胱甘肽合成途径基因（Gmγ-ECS和GmGS），并分析了其在拟南芥、苜蓿和大豆中的进化关系。组织表达分析显示，Gmγ-ECS2、Gmγ-ECS3及GmGS1在根部高表达。接种孢囊线虫后，抗病品种灰皮支黑豆中这些基因的表达受抑制，而感病品种W82中显著上调。HPLC测定表明，灰皮支黑豆的γ-EC和谷胱甘肽（GSH）含量在侵染后低于对照，而W82则显著升高。蛋白质互作网络分析揭示了这些基因与氧化还原、氨基酸代谢等途径的关联，并筛选出41个在抗病材料中特异性上调的基因。研究揭示了谷胱甘肽合成基因在抗线虫防御中的调控作用，为大豆抗病育种提供了理论依据。（4）本研究聚焦 Gm-γECS2 蛋白质互作。先构建诱饵质粒并检测无自激活现象，接着筛选大豆酵母双杂交文库，对阳性克隆鉴定、回转验证，获得 61 个基因序列。候选互作蛋白富集于多种代谢途径，其中 PAL 和 Thioredoxin 与诱饵蛋白互作，且谷胱甘肽水平会影响二者基因表达。以上的研究从遗传学、生物信息学和蛋白质组学的角度揭示了谷胱甘肽合成酶基因GmγECS2影响大豆孢囊线虫发育的分子基础；即通过上调抗病相关途径基因的表达和抑制寄生相关基因的的表达。以上的研究创制了低含量谷胱甘肽大豆突体用于研究大豆-病原物互作机制。
国内基金
海外基金