抗白粉病基因RPW8的抗性作用研究进展

RPW8基因是最初在拟南芥上发现具有白粉病抗性的重要抗病基因,其在不同种类植物中,甚至同种不同生态型中,基因序系和功能都有差异。对RPW8基因的位点、结构、与NBS-LRR类型R基因的关系、起源与进化、表达特点、功能与调控机制等方面的研究成果进行综述,并展望RPW8基因在种群关系、抗病育种上的应用价值,以期为白粉病抗性调控、抗性育种等研究或应用提供参考。

草莓抗白粉病RPW8同源基因的序列特征分析

利用草莓基因组数据鉴定出15个草莓RPW8同源基因(FaRPW8.1,FaRPW8.2-1~14),它们之间的碱基比例差异较小,但编码蛋白的相对分子量相差较大,范围为14734.20~196956.90Da,理论等电点5.05~8.52,不稳定性指数范围39.35~53.50,脂肪族指数介于93.19~108.68之间,氨基酸组成中以亮氨酸(Leu)和赖氨酸(Lys)为主。保守结构域分析结果显示草莓RPW8同源基因含有1~4个结构域,其中RPW8为特征结构域。系统进化分析显示,FaRPW8.2-12和FaRPW8.2-13同谷子、小麦、水稻RPW8聚为一类,FaRPW8.2-3与番茄、蜜柑、橙子等RPW8基因聚为一类,其余12个草莓RPW8基因同源基因与其它物种的亲缘关系较远,单独聚为一类。研究结果可为草莓抗病育种提供理论依据。

杏RPW8基因家族鉴定与表达量分析

RPW8(Resistance to powdery mildew 8)不但对拟南芥白粉菌有抗性作用,同时也对烟草白粉菌、拟南芥霜霉菌和烟草花叶病毒等多种植物寄生性病原体都表现出较高的抗性,具有广谱抗病性。以杏全基因组数据为基础,鉴定RPW8家族成员,分析基因家族特点及不同组织中表达量分析,有利于更加深入了解RPW8基因家族功能,为杏抗白粉病基因挖掘和抗白粉病育种提供理论参考。通过SMS、GSDS2.0、Expasy-protparam、MEME、MAGA6.0、TBtool等生物信息学工具对RPW8基因家族的核酸序列的特征、基因结构、蛋白质理化性质、蛋白保守结构域、家族系统进化关系、表达量等进行分析和预测。结果表明:从杏中共鉴定出16个RPW8家族基因,分别命名为LWMRPW8-1~LWMRPW8-16,内含子数量小于6个,16个基因的全长为360~4 864 bp,碱基G+C含量为37.39%~46.89%,碱基A+T的含量为53.11%~62.61%;杏RPW8基因家族编码的氨基酸分子量为13 653.93~92 617.92 Da,理论等电点为5.42~9.47,蛋白质不稳定性指数为22.94~61.18,氨基酸组成成分以亮氨酸(Leu)赖氨酸(Lys)为主;保守结构域分析结果显示杏RPW8家族主要含有10个Motify,其中Motif8、Motif9为特征结构域;系统进化树分析显示,蔷薇科植物RPW8家族基因聚为一类,LWMRPW8-7与拟南芥、杨树基因聚为一类。对杏RPW8基因在不同组织中的表达分析结果显示,16个基因在花、花芽、叶片、果肉、果仁中的表达量呈现较大差异。

巴西橡胶树HbRPW8基因克隆与表达分析

RPW8(resistance to powdery mildew locus 8)是对植物多种病害,尤其白粉病具有抗性的广谱抗病基因位点,通过对橡胶树RPW8基因进行克隆及表达分析,为橡胶树抗白粉病机制解析和分子育种等方面打下基础。以橡胶树‘热研73397’为材料,采用RT-PCR克隆HbRPW8基因编码区(CDS)序列;对其进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR方法,测定7种激素和白粉菌侵染不同时间、不同病害等级处理后RPW8基因表达量。该基因cDNA全长570 bp,编码189个氨基酸,该蛋白的分子量为21.73 kDa,等电点为9.23,脂肪系数为86.30,总平均亲水性指数为-0.404,为亲水性蛋白,共有8个磷酸化位点,无跨膜域和信号肽,定位于细胞核,具有RPW8的保守结构域,α-螺旋和无规则卷曲是HbRPW8蛋白二级结构的主要元件,分别占氨基酸序列的70.90%和22.22%。亲缘关系显示,HbRPW8基因与木薯RPW8基因相似性最高。过氧化氢(H_(2)O_(2))、水杨酸(SA)、乙烯利(ETH)、赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)能迅速诱导HbRPW8转录本的表达,并在处理后0.5 h达到最高水平,分别约为对照的14倍、6倍、75倍、2.5倍和4倍;茉莉酸甲酯(MeJA)处理后6h达到最高水平,是对照的10倍左右;生长素处理后HbRPW8转录本显著下调;随着白粉菌侵染时间和病害等级的增加,HbRPW8的表达量均呈现先上升后下降的趋势。研究结果初步表明,HbRPW8可能参与橡胶树的抗病反应机制,为橡胶树抗病育种的研究提供参考。