过表达拟南芥NPR1增强黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性

【背景】黄瓜易感多种病害,特别是枯萎病和白粉病,化学药物防治虽然有效但因残留高和不易降解而被限制使用,培育广谱、持久抗病的黄瓜品种是解决这一难题的根本策略。病程相关基因非表达子1(nonexpressor of pathogenesis-related genes 1,NPR1)是系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)中的关键调控因子,参与调控多种防御相关基因的表达,影响植物的抗病能力。【目的】在黄瓜中过表达AtNPR1,探究转基因黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性,为培育抗病能力更强、更持久的黄瓜品种提供试验依据。【方法】通过克隆拟南芥AtNPR1,构建AtNPR1过表达载体,利用农杆菌介导法转化黄瓜,获得过表达AtNPR1的转基因黄瓜植株,利用实时荧光定量PCR方法测定转基因植株中相关防御基因的表达量。选择T0代转基因植株进行枯萎病的抗性鉴定,T1代转基因植株进行白粉病的抗性鉴定,测定转基因植株接种枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum)和白粉病菌(Golovinomyces cichoracearum)后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶活性变化及丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量的变化。【结果】成功获得8株T0代转基因植株,OE#4和OE#5为AtNPR1高表达植株,OE#3为AtNPR1低表达植株;通过对转基因植株中相关防御基因的表达量分析发现,过表达AtNPR1的转基因植株中多个相关防御基因表现更强、更快的表达,并且防御基因的表达量与AtNPR1在转基因植株中的表达量呈正相关。其中,PR1、PR4和WRKY70的表达量上调极为显著。转基因植株的抗病性鉴定结果表明,在枯萎病和白粉病的胁迫下,转基因植株表现出更显著的抗性,发病缓慢、症状轻微,病斑面积显著低于野生型(WT)植株。转基因T0代植株OE#4和OE#5在接种枯萎病菌3 d后未出现明显病斑,接种7 d后出现灰褐色病斑,但未呈现萎蔫等状态;WT植株在接种3 d时出现灰褐色病斑并且轻微萎蔫,7 d时叶片出现严重萎蔫。接种白粉病菌7 d后,T1代植株OE#2和OE#7和WT植株均出现病斑,但OE#2和OE#7植株病斑面积显著低于WT植株;接种15 d后WT植株出现叶片黄化失绿,而转基因植株OE#2和OE#7病情较轻。与WT植株相比,接种病原菌后,转基因植株中MDA含量较低,SOD、POD、CAT活性保持较高水平,ROS含量累积较少。【结论】黄瓜中过表达AtNPR1可以提高黄瓜对枯萎病和白粉病的抗性。

焦脱镁叶绿酸a对黄瓜枯萎病菌的抑制作用

为了探究焦脱镁叶绿酸a(PPa)对植物病原菌的抑制作用,以黄瓜枯萎病病原菌尖孢镰刀菌黄瓜专化型菌(Fusarium oxysporium f.sp.cucumerinum)H_(46)5菌和‘长春密刺’黄瓜为材料,测定不同浓度PPa对菌丝生长的影响,以及经不同强度和时长光照的PPa对感枯萎病的黄瓜叶片的病斑面积,丙二醛和游离脯氨酸含量,过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性及活性氧的影响。结果表明:PPa对H_(46)5菌株生长有明显抑制作用,其抑菌效果与浓度呈正相关,浓度为2 g·L^(-1)效果最佳。PPa具有光敏性,其经适当强度和时长的光照后喷施感染枯萎病的黄瓜叶片,可显著降低叶片感病程度与MDA含量,提升脯氨酸水平与抗氧化能力,维持活性氧平衡。上述结果表明,PPa具有很好的防治黄瓜枯萎病效果。