灰霉病處理紅顏草莓果實后相關抗病轉錄因子的表達量分析

楊戎戈李梓薇黃林源王晶晶趙林林尹景偉羊曄王靜文張艷

(1.江蘇省水文水資源勘測局揚州分局，江蘇 揚州 225000；2.揚州大學/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇 揚州 225009；3.揚州文水科技咨詢有限公司，江蘇 揚州 225000)

引言

草莓為薔薇科(Rosaceae)草莓屬(Fragaria)多年生常綠草本植物，草莓因外觀美觀，口感鮮嫩多汁，有“水果皇后”“水果牛奶”之美譽[1]，其含有豐富的蛋白質、維生素B1、維生素B2、維生素C，每100g新鮮果實里約含有60mg維生素C，以及有機酸如水楊酸、檸檬酸。草莓還含有草莓胺，具有很好的藥用價值。中國的草莓野生資源豐富程度世界排行第1，生產面積最大[2]。本試驗選用“紅顏”草莓品種，由日本引進，果實形狀為長圓錐形，此品種休眠淺，產量相對較大。

灰霉病是草莓生長成熟及采收貯藏中極易發生病害之一。草莓灰霉病是由灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea.)引起的病害，主要為害草莓葉片、莖、花以及果實部分，也對年產量和草莓的外觀品質影響嚴重[3]?；移咸焰呔哂猩L繁殖迅速，易抗藥，在0℃以下依然繁殖的特點[4，5]。本試驗過程中，感染灰霉病的草莓果實果肉變軟逐漸腐爛，果實表面生出灰褐色霉狀斑點，未成熟的果實病變時，草莓果實會顯現出淡褐色干枯病斑，轉至呈干腐狀[6]。草莓生產過程中，此病菌普遍發生于果實轉色期到果實成熟期，12個月可危害30%～80%，病情逐漸嚴重[7]，后期為害嚴重會導致草莓減產10%～50%[6-8]。此病菌不經控制會對草莓栽培造成極大的經濟損失。

本試驗分析旨在于防治灰霉病的方法，篩選優良抗病的草莓品種，為未來抗病基因研究鋪設道路。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

草莓的品種豐富，本試驗挑選八倍體草莓品種“紅顏”(Fragaria×ananassa Duch.‘Benihoppe’)作為試驗材料。2016年11月27日—12月24日，于江蘇農林職業技術學院北校區連棟溫室大棚內進行試驗，大棚內白天溫度在13～21℃，夜間溫度在9～15℃。此期間，草莓生長狀態良好，無病蟲危害。

灰霉菌的培養方法：所用灰霉菌(Botrytis cinerea)由江蘇農林職業技術學院農學園藝系試驗田所得。使用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基(PDA培養基)為病菌培養基。

在PDA培養基上接種用常規方法純化后的灰霉菌，放入恒溫箱培養14d(25℃)。處理果實，應將培養基在超凈工作臺上切下并放入裝有至少100mL無菌水的錐形瓶中，打開2個灰霉病培養基，將錐形瓶中的無菌水分別均勻倒入2個培養基中。用玻璃棒輕輕刮蹭培養基表面的灰霉菌核。將菌液倒入錐形瓶中。將培養基戳碎，倒入錐形瓶中。用干凈的塑料紙封住瓶口，皮筋扣住。將菌液放在震蕩器搖床上震蕩10min。用4層紗布過濾，顯微鏡鏡檢調整，制備懸浮液(孢子懸浮濃度為1×105cfu·mL-1)，用于接種果實。

1.2 試驗方法

1.2.1 灰霉菌處理對不同發育時期草莓果實的影響

2016年12月26日于植物組織培養母液配制室內做試驗，每組分別有紅、白、青3種顏色的草莓。器材：紙，玻璃瓶或培養皿，針，酒精燈，菌液(灰霉病)，刷子，噴壺。在每個玻璃瓶底部墊上大小合適的紙，用噴壺將紙噴濕，不要過濕。將針在酒精燈上滅菌后，在每個草莓的不同部位上戳2個洞(不用刺穿)。此時選用不同發育時期的草莓果實，果實表皮顏色分別紅、白、青3種。每個草莓戳洞后刷上灰霉病菌液，放入玻璃瓶中。做完4組后，加1組沒有刷菌液與戳洞的對照實驗。每組草莓中各有1個紅、白、青草莓果實。放置在植物組織培養母液配制室內，每天觀察是否發病，相同時間段刷一次菌液，等待發病取照。

2016年12月31日發現草莓發病，給草莓拍照，照片清晰，分組明確。在凝膠成像系統實驗室內進行試驗。佩戴好一次性手套，用小刀將草莓表面的籽粒和表皮仔細清除，剪裁大小正好的錫紙，將去了籽粒的草莓用刀片切成薄片狀，用錫紙把草莓薄片包裹好。倒出部分液氮在泡沫盒內，把錫紙包裹的草莓切片放入液氮(1個草莓用1個錫紙包裹，完成后立即放入液氮)。標好姓名、組數、班級。從液氮中取出草莓錫紙，放入塑料袋中，放進超低溫冰箱。

1.2.2 草莓果實RNA的提取

洗刷研缽研杵后放入滅菌鍋滅菌2h，在研缽中倒入適量液氮進行預冷，從-80℃冰箱中取出植物組織樣品，在確保樣品不潮濕的狀態下，把其加入預冷好的研缽中研磨，考慮到不徹底的研磨會影響RNA的質量和收率，應該把組織樣品研磨至無明顯可見顆粒的粉末狀(期間應持續加入液氮)。取出1.5mL的滅菌小管子，加入450μL的Buffer PE，再往其中加入20～50mg研磨后的粉末狀樣品。為更好地裂解液中無明顯沉淀，可使用移液器反復吹打。

將上述裂解液置入離心機，12000rpm，4℃離心8min。

新取1個1.5mL滅菌小管子，用移液槍提取350μL上清液，小心加入其中。加入體積為上清液1/10(35μL)的Buffer NB，Vortex震蕩搖勻。

將所得液體置入離心機，低溫離心，12000rpm，4℃離心5min，以下離心機均設為4℃。

將上清液吸取至新的1.5mL滅菌小管子中，此時槍量程為300μL。加入450μL的Buffer RL(使用前請確認已加入50倍DTT Solution)，使用移液槍將溶液吹打混勻。

按照“Total RNA的提取”流程進行以下步驟。

加入375μL C2H5OH，得到1125μL混合液。出現沉淀時使用移液槍將溶液吹打混勻。

第1次用移液槍吸600μL轉入柱子，離心1min，12000rpm。棄濾液。第2次將剩余525μL混合液轉入柱子中，離心1min，12000rpm。棄濾液。

在柱子中加入500μL 的Buffer RWA，12000rpm，離心1min，棄濾液。

在柱子中加入600μL的Buffer RWB，12000rpm，離心1min，棄濾液。(確認Buffer RWB中已經加入了指定體積的100%乙醇)沿柱子管壁四周加入Buffer RWB，有助于沖洗粘附在壁管上的鹽分。

(1)管，將配制好的酶液加入50μL至柱子中，此時槍頭一定要伸到柱子中間，放置15min。(2)管，向柱子中央加入500μL的Buffer RWB，盡量在邊上繞一圈，離心1min，12000rpm，棄濾液。

在柱子中加入600μL的Buffer RWB，12000 rpm，離心1min，棄濾液。(確認Buffer RWB中已經加入了指定體積的100%乙醇)沿柱子管壁四周加入Buffer RWB，有助于沖洗粘附在壁管上的鹽分。

將濾液倒掉，再將管子空轉1min。換管子，留中柱。將RNase Free dH2O放在金屬浴上設置60℃，預熱5min。此時將蓋子打開揮發酒精。每個中央加入50μL的RNase FreedH2O。加入后放置1～2min，離心2min，12000rpm，此時有2個蓋子，扔掉中柱，保留小管子。

配膠：往錐形瓶倒入40mL 1倍的TAE，稱取0.40g瓊脂，將二者混合均勻。用微波爐加熱1～2min，直至藥品呈透明狀。向錐形瓶中加入1滴Eb，混合均勻。準備做1塊中等大小的膠。使用中梳，將小管子里的RNA用loading Buffer標記，依次注入膠孔以及5μL的marker。跑膠時間大致為30min。

1.2.3 灰霉菌處理對草莓果實中轉錄因子的影響

表1 灰霉病處理草莓果實后相關抗病轉錄因子的表達量分析

2017年4月24日在凝膠成像系統實驗室，(1)管8μL打到每個小管子里，放小離心機上離心。每個吸取2μL上次試驗的RNA打到管底。將每個小管子置于金屬浴顯示65℃，預熱5min。小管子插到制冰機上，4～5min直至冷卻。將(2)管加入至小管子，每個為10μL(移液速度要快，加在管壁上)，放在小離心機上離心。如果放置時間長，應儲存在冰上。第2天，用移液槍加23μL PCR mix進入每個小管子，將每個草莓的cDNA吸2μL分別加入小管子。放置在小離心機上離心。放置在PCR儀上進行PCR檢測。此時做膠，用大梳(孔數要夠)將每個小管子的25μL溶液全部點進去，此時不需用loading Buffer標記。點入marker 5μL。

2 結果與分析

2.1 灰霉菌處理對不同發育時期草莓果實的影響

2016年12月26日將草莓刺傷并接種灰霉菌，同年12月31日肉眼觀察部分草莓病變。從試驗結果分析，不同發育階段的草莓果實對灰霉病表現出不同程度的病變，5d時間中未用病菌處理的草莓對照組肉眼觀察暫未發病，見圖1。本試驗過程中即將成熟的草莓果實最先病變，表明灰霉病主要危害果實，在即將成熟的果實上最易發病[1]。

圖1 草莓果實經過5d灰霉菌液處理

2.2 草莓果實RNA的提取

利用Protocl-I流程從100mg的草莓果實中提取RNA，從圖2可知，得到了濃度高低將近相同的RNA。

泳道1：綠果；泳道2：綠果對照；泳道3：白果；泳道4：白果對照；泳道5：紅果；泳道6：紅果對照；泳道7：marker

2.3 灰霉菌處理對草莓果實中轉錄因子表達量的影響

從圖3可知，圖片亮度大致相同，使用PCR技術擴增得到的內參基因，此為得到的RNA濃度基本相同，可以進行以下試驗，見圖4。

泳道1：綠果；泳道2：綠果對照；泳道3：白果；泳道4：白果對照；泳道5：紅果；泳道6：紅果對照；泳道7：marker

圖4 抗病相關轉錄因子基因相對表達量

3 討論

栽培作物的過程中，會有多種多樣的病菌微生物侵害植物，本試驗主要分析灰霉病處理草莓果實后相關抗病轉錄因子的表達量。試驗分析結果發現，不同發育階段的草莓果實灰霉病發病時間和發病狀態不同。4個抗病相關轉錄因子WRKY1、WRKY70、ERF3以及NAC1在受到灰霉病侵染后，基因表達量均有不同程度上調。本試驗過程中，PCR擴增得到的RNA量大致相等，試驗較為順利。現今已有大量關于草莓灰霉病的分子實驗，Rigotti等[9]對灰霉病菌處理過的草莓進行了分子實驗[10]。本試驗材料為八倍體“紅顏”品種，查閱草莓灰霉病相關抗病轉錄因子文獻，了解到這方面的研究相對二倍體草莓較少，因此將繼續在分析基因表達的研究上，對草莓灰霉病的相關抗病轉錄因子進行更深層次的試驗分析。