【摘 要】
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高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）不仅是我国重要的酿造原料,还兼具饲用、食用和能源等多种用途。高粱炭疽病主要由疏纹刺盘孢（Colletotrichum sublineola）引起,是限制世界范围内高粱及其相关产业发展的主要病害,尤其是在炎热和潮湿地区,发病程度呈逐年加重趋势。鉴于此,本研究围绕高粱种质资源收集与炭疽病抗性评估来展开,并初步揭示了抗/感材料响应炭疽菌侵染的关键
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高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）不仅是我国重要的酿造原料,还兼具饲用、食用和能源等多种用途。高粱炭疽病主要由疏纹刺盘孢（Colletotrichum sublineola）引起,是限制世界范围内高粱及其相关产业发展的主要病害,尤其是在炎热和潮湿地区,发病程度呈逐年加重趋势。鉴于此,本研究围绕高粱种质资源收集与炭疽病抗性评估来展开,并初步揭示了抗/感材料响应炭疽菌侵染的关键基因及其相关代谢通路。主要结论如下:（1）初步完成366份高粱种质资源的炭疽病抗性评估。综合田间和室内抗病性鉴定实验,我们筛选出L815、Z85、Z250、国窖红等14份抗病性较强材料;Zhuji、Z167、Z248、Z311等21份炭疽病高感材料。该群体表型多样性非常丰富,不仅为抗病基因发掘奠定了基础,也为高粱遗传改良提供了宝贵的种质资源。（2）构建了高粱炭疽菌绿色荧光蛋白标记菌株。根据不同菌株的致病性差异,我们筛选出致病力较强的菌株ZG-FS-1。通过农杆菌AGL1介导的真菌孢子转化方法,成功获得绿色荧光蛋白标记菌株GFP-ZG-FS-1。连续扩繁数十代后,该菌株表型依然稳定,而且致病力与野生型一致。该菌株可以作为研究高粱与炭疽菌互作机理的模式菌株。侵染进程观察表明,GFP-ZG-FS-1在Zhu Ji叶鞘细胞内的繁殖速度显著快于抗病材料L815。（3）初步揭示抗/感材料响应炭疽菌侵染的关键基因和代谢途径。以抗病材料L815和感病材料Zhu Ji为实验材料,在接种炭疽菌0 h、12 h和24 h后取样并进行转录组测序与分析。分别在Zhu Ji和L815中鉴定到2382和2196个差异表达基因,其中包括LOC8066601（RPP13）、LOC110430286（RGA3）、LOC8054547（RF9）和LOC110430577（RGA2）等抗病相关基因。对筛选到的差异基因进行基因本体分析,在L815中主要富集在跨膜转运蛋白活性、非生物胁迫响应、叶绿体及光合过程;在Zhu Ji中主要参与细胞核、RNA结合以及nc RNA、r RNA等与植株正常生长密切相关的合成代谢过程。通过比较抗/感材料间的差异表达基因,发现了520个差异表达基因,其中321个在L815中表达量显著高于Zhu Ji,这些基因主要富集在防御反应,次级代谢物合成,脂肪酸生物合成,DNA修复,油菜素内酯生物合成等抗病过程。（4）初步筛选出响应炭疽菌侵染的NLR类抗病基因。通过采用HMMER的Hmm-search程序和Blast比对分析,最终获得高粱NLR家族蛋白298个。结合转录组比较分析,其中响应菌株ZG-FS-1侵染的NLR基因有19个。对其结构分析和功能注释,发现多个NLR基因与RGA和RPP13抗病基因高度同源。通过q PCR对其表达模式进行验证,结果显示编码RGA3的基因LOC8067274和LOC110430286,编码RPP13的基因LOC8068705和LOC8066601不仅响应炭疽菌的侵染进程,而且在抗病材料L815中的表达量显著高于感病材料Zhu Ji。
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