茭白是禾本科菰属多年生浅水宿根草本植物,是我国仅次于莲藕的第二大水生蔬菜。茭白肉质茎的形成与其内生真菌菰黑粉菌的侵染密切相关。目前,茭白响应黑粉菌侵染的机制尚不清楚。丝裂原活化蛋白激酶位于MAPK级联途径的最下游,当接收到上游传递的信号后,可以磷酸化相应的蛋白激酶、细胞骨架蛋白及转录因子等下游底物,从而实现对植物的生长发育及逆境胁迫的调控。课题组前期对雄茭接种黑粉菌,RNA-seq测序分析发现,“MAPK信号通路-植物”是雄茭响应黑粉菌侵染的重要通路,且MPK3是重要的候选基因。为进一步研究茭白MAPK家族基因的特性及其在响应生物胁迫中的作用,本研究对茭白MAPK基因家族成员进行筛选与鉴定,分析该家族成员的结构、保守结构域、启动子区域顺式作用元件、共线性及黑粉菌侵染后的表达模式。此外,克隆得到ZlMPK3基因(响应黑粉菌侵染的候选基因),农杆菌介导法转化拟南芥,经鉴定得到ZlMPK3过表达株系,并研究其对灰霉菌侵染的反应。主要研究结果如下:1.通过同源比对及结构域验证,从茭白基因组数据中鉴定得到25个ZlMPKs(ZlMPK1-ZlMPK25)。系统进化树分析发现,25个茭白ZlMPKs分属于A、B、C、D四个亚组,其中A、B、C三个亚组有10个ZlMPKs,都具有TEY保守基序;而D亚组有15个ZlMPKs,具有TDY保守基序。25个ZlMPKs不均匀地分布于11条染色体上,且多数ZlMPKs定位在细胞质中;启动子区域顺式作用元件预测结果显示茭白ZlMPKs参与激素信号转导与逆境胁迫过程,共线性分析发现这些基因普遍存在基因片段复制及基因串联复制事件。2.对5叶期雄茭接种黑粉菌,提取接种后不同时间点的叶片RNA,实时荧光定量PCR检测ZlMPKs的表达情况。结果显示,绝大多数ZlMPKs表达量发生变化,其中以接种后3 h最明显,有21个ZlMPKs呈现上调表达,4个基因下调表达。此外,在接种黑粉菌3 h后,11个MAPK-Pathogen infection途径相关基因中有9个基因上调表达。3.克隆茭白ZlMPK3基因,构建p CAMBIA1300-ZlMPK3过表达载体,农杆菌介导法转化拟南芥。结果显示,ZlMPK3基因c DNA全长1110 bp,Ptreacle ribosome biogenesis factor 1CR检测及测序分析显示p CAMBIA1300-ZlMPK3过表达载体构建成功;抗性筛选及分子检测结果显示有2个过表达株系。4.对过表达植株接种灰霉菌,表型观察发现,过表达植株叶片接种部位损伤明显,而野生型植株叶片正常。提取接ZD1839使用方法种后24 h的叶片总RNA,实时荧光定量PCR检测MAPK-Pathogen infection途径相关基因的表达情况。结果显示,过表达拟南芥At ACS6及5个CAP基因的相对表达量显著上调;At PR1及At FRK1显著下调表达。以上结果表明,过表达ZlMPK3拟南芥对灰霉菌侵IACS-010759半抑制浓度染的抗性减弱。