酪蛋白激酶2(Casein Kinase2,CK2)属于多基因家族,是一类在真核生物中普遍存在且高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶,参与植物对多种胁迫的响应,调控下游靶标基因的表达。CK2在小麦与叶锈菌互作过程中的作用尚不明确,发掘小麦中的CK2基因,探索其是否参与小麦抗叶锈病防御反应具有重要意义。本研究基于叶锈菌(Puccinia triticina,Pt)诱导后TcLr19小麦转录组数据分析,筛选获得一个酪蛋白激酶2,在抗病小麦品种TcLr19中克隆小麦酪蛋白激酶基因TaCK2α,并对TaCK2α的基因特征、激酶活性、抑菌能力和抗叶锈病功能进行分析,主要研究结果如下:1.为了明确小麦酪蛋白激酶TaCK2α与不同物种中CK2的亲缘关系,比对不同物种的CK2蛋白序列并构建系统发育树,TaCK2α与二穗短柄草、小麦、黑麦草的CK2α归为一支,亲缘关系较近。利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)技术检测TaCK2α的表达模式,在小麦与叶锈菌非亲和互作组合中,TaCK2α的表达量在48 hpi(Hours post inoculation,hpi)达到最高,约为0 hpi的6.32倍,表明TaCK2α的表达受小麦叶锈菌诱导。不同激素处理小麦后,TaCK2α在水杨酸(Salicylic acid,SA)处理GSK J42 h后表达量达到最高,约为0 h的3倍,推测TaCK2α响应SA信号通路。体外激酶活性试验证明TaCK2α具有激酶活性。2.为了验证TaCK2α是否具有抑制叶锈菌萌发与生长的功能,利用体外和体内抑菌试验检测了 TaCK2α的抑菌能力。体外抑菌试验结果表明,TaCK2α蛋白处理叶锈菌夏孢子后,平均孢子萌发率比对照组降低23%,菌丝长度减少56%,TaCK2α可以抑制叶锈菌夏孢子萌发和菌丝生长;体内抑菌试验结果显示,将TaCK2α蛋白注射小麦后,小麦叶锈病发病程度降低,叶片夏孢子数量减少,H2O2的积累量增多,小麦抗叶锈病能力增强。借助病毒介导的基因沉默(Virus-Induced Gene Silencing,VIGS)技术沉默TaCK2α,TaCK2α沉默植株抗病性降低,菌丝长度和菌丝侵染面积比野生型植株显著增加,H2O2的积累量显著降低,TaCK2α可以增强小麦抗叶锈病防御反应。3.为了筛选TaCK2α的互作靶标,成功构建了诱饵载体pGBKT7-TaCK2α,利用酵母双杂交技术(Yeast two-hybrid,Y2H)获得34个可能与TaCK2α互作的候选靶标,其中TaCK2β是CK2的调节亚基,利用Y2H技术初步验证了 TaCK2α与TaCK2β的互作。为了分析TaCK2β的基因特征,在TcLr19小麦中克隆TaCK2β基因,借助qPCR技术检测TaCK2β的表达模式,明确TaCK2β受叶锈菌诱导。为了初步Biomimetic bioreactor探索TaCK2α与TaCK2β互作的意义,对比二者在叶锈菌侵染小麦后的表达模式,TaCK2α与TaCK2β在48 hpi同时达到表达高峰,且在接菌后不同时间点具有相似的表达趋势,说明二者在小麦抗叶锈病防御反应中具有协同作用。综上所述,本研究在小麦中克隆获得编码酪蛋白激酶的基因TaCK2α,证明TaCK2αwww.selleck.cn/products/gdc-0068蛋白具有激酶活性,明确其参与小麦抗叶锈病防御反应,获得了 TaCK2α的互作靶标,明确TaCK2β与TaCK2α在小麦抗叶锈病防御反应中具有协同作用,为进一步解析TaCK2α参与小麦抗叶锈病防御反应的分子机制提供了理论依据。