Developing kernels of resistant and

Developing kernels of resistant and susceptible maize genotypes were inoculated with Fusarium proliferatum, F. subglutinans, and
Aspergillus flavus. Selected defense systems were investigated
using real-time reverse transcription-polymerase chain reaction
to monitor the expression of pathogenesis-related (PR) genes
(PR1, PR5, PRm3, PRm6) and genes protective from oxidative
stress (peroxidase, catalase, superoxide dismutase and ascorbate
peroxidase) at 72 h postinoculation. The study was also extended
to the analysis of the ascorbate-glutathione cycle and catalase,
superoxide dismutase, and cytosolic and wall peroxidases
enzymes. Furthermore, the hydrogen peroxide and malondialdehyde
contents were studied to evaluate the oxidation level.
Higher gene expression and enzymatic activities were observed
in uninoculated kernels of resistant line, conferring a major
readiness to the pathogen attack. Moreover expression values of
PR genes remained higher in the resistant line after inoculation,
demonstrating a potentiated response to the pathogen invasions.
In contrast, reactive oxygen species–scavenging genes were
strongly induced in the susceptible line only after pathogen inoculation,
although their enzymatic activity was higher in the
resistant line. Our data provide an important basis for further
investigation of defense gene functions in developing kernels
in order to improve resistance to fungal pathogens. Maize
genotypes with overexpressed resistance traits could be profitably
utilized in breeding programs focused on resistance to pathogens
and grain safety.

INTRODUCTIION
Among the fungal pathogens that affect maize worldwide
and reduce yield and grain quality, Aspergillus flavus and some
Fusarium species are of concern because they produce mycotoxins,
secondary metabolites that seriously threaten animal
and human health (IARC 1993). Fungal pathogens are basically
classified in three main categories: biotrophs, necrotrophs, and
hemibiotrophs (Oliver and Ipcho 2004).
Aspergillus flavus possesses the characteristics of necrotrophic
fungal pathogens (Kelley et al. 2012) and both infects
plants in the field and colonizes harvested or stored plant
products, producing the hepatotoxic and carcinogenic aflatoxins
(IARC 1993). Host response to necrotrophs are complex
and poorly known, involving quantitative resistance genes and
jasmonic acid and ethylene–dependent signaling pathways
(Glazebrook 2005; Hammond-Kosack and Parker 2003).
Moreover hypersensitive response (HR), a localized reaction
with cell death to limit biotrophic growth, seems to enhance
host plant susceptibility and facilitate necrotrophic colonization
(Govrin and Levine 2000). Due to the importance of improving
plant resistance and reducing aflatoxin contamination, the
fungal pathogenicity and the plant-pathogen interactions have
been the object of numerous studies (Bhatnagar et al. 2006;
Cleveland et al. 2004). Although commercial maize hybrids are
generally susceptible to A. flavus (Kelley et al. 2012), it was
demonstrated that maize lines show different levels of resistance
to its infection and aflatoxin accumulation (Williams
2006;Williams andWindham 2006). These traits are controlled
by quantitative resistance genes and several resistance-related
quantitative trait loci (QTL) have been identified in maize
(Brooks et al. 2005;Warburton et al. 2009). Maize resistance to
A. flavus infection and aflatoxin accumulation is due to the inhibitory
action of antifungal proteins, including b-1,3-glucanases,
chitinases, trypsin inhibitors, pathogenesis-related (PR)10, ribosome
inactivating proteins, zeamatin, and lectin-like protein from
kernels, calli, embryo, endosperm, and silk (Baker et al. 2009;
Chen et al. 1998, 2007; Kelley et al. 2012; Lozovaya et al. 1998;
Neucere 1996; Nielsen et al. 2001; Peethambaran et al. 2010).
Also supposed to improve kernel resistance are proteins linked to
cell protection by oxidative stress damage, such as aldose reductase,
glyoxalase I, small heat-shock proteins (HSPs), peroxiredoxin,
cold-regulated protein, anionic peroxidase, and storage
proteins (Chen et al. 2002; Guo et al. 1997). Their level or activity
was shown to be higher in resistant genotypes, either before or
after infection with A. flavus.
Fusarium species are widespread pathogens of maize in
temperate and semitropical areas, including all European
maize-growing areas (Logrieco et al. 2002). Hemibiotrophic
F. graminearum and other Fusarium species infect living tissue
as biotrophs but, after a latency period, they can cause the death
of host tissues and, therefore, they become saprotrophs (Bacon
and Yates 2006). Among Fusarium mycotoxins, fumonisins
A. Lanubile and V. Maschietto contributed equally to this work.
Corresponding author: C. Paciolla; E-mail: [e-mail]
*The e-Xtra logo stands for “electronic extra” and indicates that three
supplementary tables are published online.
© 2015 The American Phytopathological Society
546 / Molecular Plant-Microbe Interactions
produced by F. verticillioides and F. proliferatum are associated
to cancer and severe diseases in humans and livestock and are the
most frequently occurring class of mycotoxins found in maize
kernels (Bennett and Klich 2003; Logrieco et al. 2003; Voss et al.
2007). In contrast to A. flavus, the toxigenic Fusarium species
require a high moisture content in the substrate for growth and
mycotoxin synthesis (>20%), so they represent a hazard in preharvested
or freshly harvested plants that are drying (Logrieco
et al. 2003). F. verticillioides and F. proliferatum are most frequently
isolated from ears affected by Fusarium ear rot, followed
by F. subglutinans, particularly in lower latitudes (Logrieco et al.
2003). Entry of Fusarium species into maize ears can occur by
growth of mycelium down the silks to the kernels and rachis
from spores germinating on the silks or through wounds on the
husks caused by insects or birds (Munkvold 2003). Moreover
they can behave as endophytes and systematically colonize the
entire maize plant without causing symptoms, being transmitted
from seed to plant and thereafter to kernels (Munkvold 2003). On
the other hand, fumonisins, despite their phytotoxicity, are not
necessary for tissue invasion by these fungi, since mutant
atoxigenic F. verticillioides strains are still able to cause ear rot
(Desjardins et al. 2002; Lanubile et al. 2013).
Efforts to enlarge the knowledge of genetic bases of
Fusarium spp.–maize interactions mainly addressed the study
of F. verticillioides and F. graminearum maize pathogens.
F. verticillioides inoculation induced transcriptional changes
in both susceptible and resistant maize kernels surrounding the
inoculation site starting from 48 h postinoculation (hpi)
(Lanubile et al. 2010; 2012a and b; 2014). The resistant host
exhibited relatively high constitutive levels of defense-related
gene expression, whereas the susceptible genotype required
pathogen attack to induce defense-related genes. Interestingly,
the expression of PR proteins, such as b-1,3-glucanases (PRm6)
and chitinases (PRm3), appeared to be constitutive in maize
embryos, suggesting an additional role in regulating the normal
process of seed germination (Campo et al. 2004). PR5 proteins
and chitinases, such as PRm3, were overexpressed in silks of
resistant maize lines in response to A. flavus and F. verticillioides
inoculations (Peethambaran et al. 2010; Sekhon et al. 2006).
Mohammadi and coworkers (2011) demonstrated that
F. graminearum infection led to the increase, at 48 hpi, of PR
proteins, chitinases, peroxidase (POD) and xylanase, and proteinase
inhibitors more strongly in the resistant CO441 line as
compared with the susceptible B73 line. Moreover kernels of
CO441 contained higher levels of these defense-related proteins
after mock treatment, suggesting that these proteins may
provide a basal defense against F. verticillioides infection.
Differences among cultivars in sensitivity to biotic and environmental
stresses have been correlated with increased capability
of ascorbate biosynthesis and activity of ascorbate-glutathione
(ASC-GSH) cycle enzymes (Noctor and Foyer 1998; Paciolla
et al. 2004, 2008). Indeed, pathogen interactions and abiotic
stress factors can lead to one or both increased production or
accumulation of reactive oxygen species (ROS) in plant tissue.
The plants have evolved enzymatic and nonenzymatic defense
systems to reduce and scavenge ROS, including ASC-GSH
cycle, catalase (CAT), POD, and superoxide dismutase (SOD).
When these ROS-scavenging systems fail, overaccumulation of
ROS can trigger different signaling cascades, leading to cell
death (Van Breusegem and Dat 2006).
It was demonstrated by field artificial inoculation tests that
some of the QTL involved in resistance to ear rots caused by
F. verticillioides, F. proliferatum, and A. flavus and mycotoxin
contamination are identical or genetically linked (Robertson-Hoyt
et al. 2007). For this reason, inbred lines resistant to A. flavus and
F. graminearum ear rot could be used to select advanced breeding
lines with increased resistance to F. verticillioides ear rot
(Lanubile et al. 2011). Wisser and coworkers (2006) reported
evidence that QTL to different diseases are clustered in the maize
genome.
This study evaluates the expression profile of selected defenserelated
genes in resistant (CO441) and susceptible (CO354)
maize kernels at 72 hpi with mycotoxin-producing strains of
F. proliferatum, F. subglutinans, and A. flavus. The aim of this
work is to observe the transcriptional regulation of genes belonging
to both constitutive and induced defense responses
to inoculation with hemibiotrophic pathogens (Fusarium spp.)
and a necrotrophic pathogen (A. flavus). Real-time reverse
transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) was employed
to monitor PR genes (PR1, PR5, PRm3, PRm6) and genes involved
in protection from oxidative stress, such as POD, CAT,
SOD, and ascorbate peroxidase (A

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

พัฒนาเมล็ดข้าวโพดทน และไวต่อศึกษาจีโนไทป์ได้ inoculated กับ Fusarium proliferatum, F. subglutinans และAspergillus flavus ระบบป้องกันที่เลือกถูกสอบสวนโดยใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบเรียลไทม์กลับ transcription-พอลิเมอเรสการตรวจสอบนิพจน์ของยีนที่เกี่ยวข้องกับพยาธิกำเนิด (PR)(PR1, PR5, PRm3, PRm6) และยีนที่ป้องกันจาก oxidativeความเครียด (peroxidase, catalase ซูเปอร์ออกไซด์ dismutase และ ascorbateperoxidase) ที่ postinoculation 72 h นอกจากนี้ยังได้ขยายการศึกษาการวิเคราะห์วงจร ascorbate-กลูตาไธโอนและ catalaseซูเปอร์ออกไซด์ dismutase และ cytosolic และผนัง peroxidasesเอนไซม์ นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และ malondialdehydeมีศึกษาเนื้อหาเพื่อประเมินระดับการเกิดออกซิเดชันพบยีนสูงและกิจกรรมเอนไซม์ในระบบในเมล็ด uninoculated บรรทัดทน conferring เป็นหลักความพร้อมที่จะโจมตีการศึกษา นอกจากนี้ค่านิพจน์ยังคงสูงขึ้นในบรรทัดทนหลัง inoculation ยีน PRเห็นการตอบรับการรุกรานการศึกษา potentiatedในทางตรงกันข้าม ออกซิเจนปฏิกิริยาชนิด – scavenging ยีนได้ขอเกิดในบรรทัดไวต่อหลังจากศึกษา inoculationแม้ว่ากิจกรรมของเอนไซม์ในระบบสูงขึ้นในการสายทน ข้อมูลของเราให้พื้นฐานสำคัญเพิ่มเติมการตรวจสอบฟังก์ชันยีนป้องกันในเมล็ดที่กำลังพัฒนาเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อโรคเชื้อรา ข้าวโพดเป็นการศึกษาจีโนไทป์ มีลักษณะต้านทาน overexpressed profitablyใช้ในการเพาะพันธุ์โปรแกรมเน้นความต้านทานต่อโรคและความปลอดภัยของข้าวINTRODUCTIIONระหว่างโรคเชื้อราที่มีผลต่อข้าวโพดทั่วโลกและคุณภาพผลผลิตและเมล็ด Aspergillus flavus และบางFusarium พันธุ์มีความกังวลเนื่องจากพวกเขาผลิต mycotoxinsรอง metabolites ที่คุกคามสัตว์อย่างจริงจังและสุขภาพของมนุษย์ (IARC 1993) โรคเชื้อราพื้นแบ่ง 3 ประเภทหลัก: biotrophs, necrotrophs และhemibiotrophs (Oliver และ Ipcho 2004)Aspergillus flavus มีลักษณะของ necrotrophicติดโรคเชื้อรา (Kelley et al. 2012) และทั้งสองพืชในฟิลด์ และ colonizes พืชเก็บเกี่ยว หรือการเก็บผลิตภัณฑ์ ผลิต aflatoxins hepatotoxic และ carcinogenic(IARC 1993) ตอบโฮสต์ necrotrophs จะซับซ้อนและงานที่รู้จัก กัน เกี่ยวข้องกับยีนต้านทานเชิงปริมาณ และจัสโมนิกกรด และเอทิลีน – ขึ้นอยู่กับที่หลักตามปกติ(Glazebrook 2005 Hammond-Kosack และพาร์กเกอร์ 2003)นอกจากนี้ hypersensitive ตอบรับ (ชั่วโมง), ปฏิกิริยาภาษาท้องถิ่นมีเซลล์ตายเพื่อจำกัดการเจริญเติบโต biotrophic ดูเหมือนว่าจะ เพิ่มเจ้าพืชภูมิไวรับ และอำนวยความสะดวกสนาม necrotrophic(Govrin และ Levine 2000) จากความสำคัญของการพัฒนาพืชต้านทานและลด aflatoxin ปนเปื้อน การpathogenicity เชื้อราและการโต้ตอบที่โรงงานการศึกษาแล้ววัตถุประสงค์ของการศึกษามากมาย (Bhatnagar et al. 2006คลีฟแลนด์ et al. 2004) แม้ว่าลูกผสมข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปจะไวต่อการ A. flavus (Kelley et al. 2012), ก็แสดงว่า บรรทัดข้าวโพดแสดงระดับต่าง ๆ ของความต้านทานการสะสมของเชื้อและ aflatoxin (วิลเลียมส์ปี 2006 วิลเลียมส์ andWindham 2006) ลักษณะเหล่านี้จะถูกควบคุมโดยยีนต้านทานเชิงปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการต้านทานติดเชิงปริมาณ loci (QTL) ได้รับการระบุในข้าวโพด(บรู๊คส์ et al. 2005 วอร์เบอร์ตันและ al. 2009) ข้าวโพดต้านทานการA. flavus เชื้อและ aflatoxin สะสมอยู่เนื่องจากที่ลิปกลอสไขการดำเนินการของโปรตีนต้านเชื้อรา รวมทั้งบี-1,3-glucanaseschitinases ทริปซิน inhibitors ที่เกี่ยวข้องกับพยาธิกำเนิด (PR) 10 ไรโบโซมยกโปรตีน zeamatin และโปรตีนเช่นศึกษาจากเมล็ด calli เอ็มบริโอ เอนโดสเปิร์ม และผ้าไหม (เบเกอร์ et al. 2009เฉินและ al. ปี 1998, 2007 Al. ร้อยเอ็ด Kelley 2012 Lozovaya และ al. ปี 1998Neucere 1996 นีลเอ็ด al. 2001 Peethambaran et al. 2010)นอกจากนี้ยัง ควรปรับปรุงเคอร์เนลต้านทาน โปรตีนเชื่อมโยงกับป้องกันเซลล์จากความเสียหายเครียด oxidative เช่น aldose reductaseglyoxalase ฉัน ไล่ความร้อนขนาดเล็กโปรตีน (HSPs) peroxiredoxinโปรตีนที่ควบคุมเย็น peroxidase ย้อม และจัดเก็บโปรตีน (Chen et al. 2002 กู et al. 1997) ระดับหรือกิจกรรมของพวกเขาที่แสดงจะสูงกว่าทนศึกษาจีโนไทป์ อย่างใดอย่างหนึ่งก่อน หรือหลังจากการติดเชื้อกับ A. flavusFusarium พันธุ์เป็นโรคที่แพร่หลายของข้าวโพดในพื้นที่แจ่ม และ semitropical รวมถึงยุโรปทั้งหมดเติบโตข้าวโพดพื้นที่ (Logrieco et al. 2002) HemibiotrophicF. graminearum และพันธุ์อื่น ๆ Fusarium ติดเชื้อเนื้อเยื่ออยู่เป็น biotrophs แต่ ระยะแฝง พวกเขาสามารถทำให้เกิดการตายของเนื้อเยื่อของโฮสต์ และ ดังนั้น พวกเขากลายเป็น saprotrophs (เบคอนกเยตส์ 2006) ระหว่าง Fusarium mycotoxins, fumonisinsA. Lanubile และ V. Maschietto ส่วนเท่า ๆ กันเพื่องานนี้ผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง: C. Paciolla อีเมล์: [e-mail]* โลโก้เอ็กซ์ตร้า e ย่อมาจาก "อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม" และบ่งชี้ที่ 3ตารางเสริมมีการเผยแพร่ออนไลน์© 2015 Phytopathological สังคมอเมริกัน546 / โมเลกุลพืชจุลชีพผลิตโดย F. verticillioides และ F. proliferatum เกี่ยวข้องโรคมะเร็งและโรคร้ายแรงในมนุษย์ และปศุสัตว์ และมีการคลาสของ mycotoxins ที่พบในข้าวโพดที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเมล็ด (เบนเนตและ Klich 2003 Logrieco et al. 2003 Voss et al2007) ตรงข้าม A. flavus พันธุ์ Fusarium toxigenicต้องการความชื้นสูงเนื้อหาในพื้นผิวเจริญเติบโต และสังเคราะห์สารพิษจากเชื้อรา (> 20%), เพื่อ ให้พวกเขาแสดงถึงอันตรายใน preharvestedหรือพืชที่เก็บเกี่ยวสดใหม่ที่จะแห้ง (Logriecoร้อยเอ็ด al. 2003) F. verticillioides และ F. proliferatum เป็นบ่อยแยกต่างหากจากหูที่ได้รับผลกระทบ โดย Fusarium หู rot ตามโดย F. subglutinans โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน latitudes ต่ำ (Logrieco et al2003) . รายการ Fusarium พันธุ์เข้าหูข้าวโพดสามารถเกิดขึ้นได้โดยเจริญเติบโตของ mycelium ลงซิลค์ rachis และเมล็ดเพาะเฟิร์น germinating ผ้าไหม หรือผ่าน ทางบาดแผลในการแพ้ง่ายที่เกิดจากแมลงหรือนก (Munkvold 2003) นอกจากนี้สามารถทำงานเป็น endophytes และ colonize เป็นระบบโรงงานข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ทั้งหมด โดยไม่มีสาเหตุอาการ การส่งจากเมล็ดพืช และหลังจากนั้นเมล็ด (Munkvold 2003) บนอีก fumonisins แม้การ phytotoxicity ไม่จำเป็นสำหรับเนื้อเยื่อบุกรุกโดยเชื้อราเหล่านี้ ตั้งแต่ mutantสายพันธุ์ verticillioides F. atoxigenic จะยังคงทำหู rot(Desjardins et al. 2002 Lanubile et al. 2013)ความพยายามที่จะขยายความรู้ของฐานพันธุกรรมของFusarium โต้โอ – ข้าวโพดส่วนใหญ่อยู่ในการศึกษาF. verticillioides และ F. graminearum ข้าวโพดโรคF. verticillioides inoculation เกิดเปลี่ยนแปลง transcriptionalในการไวต่อ ทั้งทนข้าวโพดเมล็ดล้อมรอบตัวเว็บไซต์ inoculation ตั้งแต่ 48 h postinoculation (hpi)(Lanubile et al. 2010; 2012a และ b; 2014) เจ้าทนจัดแสดงค่อนข้างสูงขึ้นในระดับที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันยีน ในขณะที่ลักษณะทางพันธุกรรมไวต่อต้องการศึกษาการโจมตีเพื่อก่อให้เกิดยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน เป็นเรื่องน่าสนใจนิพจน์ของ PR โปรตีน เช่น b-1,3-glucanases (PRm6)และ chitinases (PRm3), เกิดขึ้นในข้าวโพดโคลน แนะนำมีบทบาทเพิ่มเติมในการควบคุมปกติกระบวนการของการงอกของเมล็ดพืช (บรรดา et al. 2004) PR5 โปรตีนและ chitinases, PRm3 เช่นถูก overexpressed ในผ้าไหมของบรรทัดข้าวโพดทนตอบ A. flavus และ F. verticillioidesประเทศ (Peethambaran et al. 2010 Sekhon et al. 2006)Mohammadi และคณะ (2011) แสดงที่F. graminearum เชื้อนำไปสู่การเพิ่มขึ้น ที่ 48 hpi ของ PRโปรตีน chitinases, peroxidase (POD) และไซลาเนส และ proteinaseinhibitors ในบรรทัด CO441 ทนเป็นอย่างมากเปรียบเทียบกับบรรทัด B73 ไวต่อ นอกจากนี้เมล็ดของCO441 อยู่สูงกว่าระดับของโปรตีนเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันหลังจากจำลองการรักษา แนะนำโปรตีนเหล่านี้อาจให้ป้องกัน F. verticillioides เชื้อโรคความแตกต่างระหว่างพันธุ์ไว biotic และสิ่งแวดล้อมความเครียดได้ถูก correlated กับความสามารถที่เพิ่มขึ้นการสังเคราะห์ ascorbate และกิจกรรมของ ascorbate-กลูตาไธโอนวงจร (ASC-GSH) เอนไซม์ (Noctor และเคาน์เตอร์รับ 1998 Paciollaร้อยเอ็ด al. 2004, 2008) โต้ตอบการศึกษาจริง และ abioticปัจจัยความเครียดสามารถนำไปสู่การผลิตเพิ่มขึ้นหนึ่ง หรือทั้งสอง หรือรวบรวมพันธุ์ปฏิกิริยาออกซิเจน (ROS) ในเนื้อเยื่อพืชพืชมีพัฒนา nonenzymatic และเอนไซม์ในระบบป้องกันระบบ การลด scavenge ROS รวม ASC GSHวงจร catalase (แมว), POD และซูเปอร์ออกไซด์ dismutase (SOD)เมื่อระบบเหล่านี้ ROS scavenging ล้มเหลว overaccumulation ของROS สามารถเรียกน้ำตกในการสัญญาณต่าง ๆ นำไปสู่เซลล์ตาย (Van Breusegem และ Dat 2006)จะถูกแสดงตามเทียม inoculation ทดสอบที่บาง QTL เกี่ยวข้องกับการต้านทานการ rots หูที่เกิดจากF. verticillioides, F. proliferatum และ A. flavus และพิษจากเชื้อราปนเปื้อนเหมือนกัน หรือเชื่อมโยง (Hoyt โรเบิร์ตสันแปลงพันธุกรรมร้อยเอ็ด al. 2007) ด้วยเหตุนี้ inbred บรรทัดทนต่อ A. flavus และF. graminearum หู rot สามารถใช้เลือกพันธุ์ขั้นสูงเพิ่มความทนทานต่อ rot F. verticillioides หูด้วย(Lanubile et al. 2011) Wisser และคณะ (2006) รายงานหลักฐานว่า มีจับกลุ่ม QTL เพื่อโรคต่าง ๆ ในข้าวโพดกลุ่มศึกษาประเมินค่านิพจน์ของ defenserelated เลือกยีนในทน (CO441) และไวต่อ (CO354)เมล็ดข้าวโพดที่ 72 hpi กับผลิตพิษจากเชื้อราสายพันธุ์ของF. proliferatum, F. subglutinans และ A. flavus จุดมุ่งหมายนี้งานคือการ ปฏิบัติระเบียบ transcriptional ของยีนของการตอบสนองทั้งสองขึ้น และเหนี่ยวนำให้ป้องกันการ inoculation กับโรค hemibiotrophic (Fusarium โอ)และศึกษา necrotrophic (A. flavus) กลับแบบเรียลไทม์ปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรส transcription (RT-PCR) ได้รับการว่าจ้างการตรวจสอบ PR ยีน (PR1, PR5, PRm3, PRm6) และยีนที่เกี่ยวข้องในการป้องกัน oxidative เครียด เช่นฝัก แมวสด และ ascorbate peroxidase (A

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การพัฒนาของเมล็ดพันธุ์ข้าวโพดทนและความเสี่ยงที่ได้รับเชื้อด้วย proliferatum Fusarium, subglutinans เอฟและ
Aspergillus flavus เลือกระบบป้องกันถูกตรวจสอบโดยใช้เวลาจริงปฏิกิริยาลูกโซ่ถอดความโพลิเมอร์ย้อนกลับในการตรวจสอบการแสดงออกของการเกิดโรคที่เกี่ยวข้องกับ(PR) ยีน(PR1, PR5, PRm3, PRm6) และยีนป้องกันจาก oxidative ความเครียด (peroxidase, catalase, dismutase superoxide และ ascorbate peroxidase) ที่ 72 ชั่วโมง postinoculation การศึกษายังขยายการวิเคราะห์ของวงจร ascorbate-กลูตาไธโอนและ catalase, superoxide dismutase และ cytosolic และผนัง peroxidases เอนไซม์ นอกจากนี้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และ Malondialdehyde เนื้อหาการศึกษาเพื่อประเมินระดับการเกิดออกซิเดชัน. การแสดงออกของยีนที่สูงขึ้นและกิจกรรมของเอนไซม์ที่พบในเมล็ด uninoculated ของสายทนการหารือที่สำคัญพร้อมที่จะโจมตีเชื้อโรค นอกจากนี้ค่าการแสดงออกของยีนพีอาร์ยังคงสูงขึ้นในสายทนหลังจากการฉีดวัคซีน, แสดงให้เห็นถึงการตอบสนอง potentiated การรุกรานเชื้อโรค. ในทางตรงกันข้ามออกซิเจนชนิดขับยีนที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดอย่างยิ่งในสายไวต่อเฉพาะหลังจากการฉีดวัคซีนเชื้อ, แม้ว่าเอนไซม์ของพวกเขาคือ ที่สูงขึ้นในสายทน ข้อมูลของเราให้เป็นพื้นฐานที่สำคัญต่อการสอบสวนของฟังก์ชั่นการป้องกันการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในการพัฒนาเมล็ดเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อเชื้อโรคเชื้อรา ข้าวโพดสายพันธุ์ที่มีลักษณะต้านทาน overexpressed อาจจะมีผลกำไรที่ใช้ในโปรแกรมการปรับปรุงพันธุ์มุ่งเน้นไปที่ความต้านทานต่อเชื้อโรคและความปลอดภัยเม็ด. INTRODUCTIION ท่ามกลางเชื้อโรคเชื้อราที่มีผลต่อข้าวโพดทั่วโลกและลดผลผลิตและคุณภาพเมล็ดพืชเชื้อรา Aspergillus flavus และบางสายพันธุ์เชื้อราFusarium มีความกังวลเพราะพวกเขาผลิต สารพิษจากเชื้อรา, สารทุติยภูมิที่จริงจังคุกคามสัตว์และสุขภาพของมนุษย์ (IARC 1993) เชื้อโรคเชื้อรามีพื้นจัดให้อยู่ในสามประเภทหลัก: biotrophs, necrotrophs และ. hemibiotrophs (โอลิเวอร์และ Ipcho 2004) เชื้อรา Aspergillus flavus มีลักษณะของ necrotrophic เชื้อโรคเชื้อรา (. เคลลี่ et al, 2012) และทั้งสองติดเชื้อพืชในสนามและอาณานิคมเก็บเกี่ยวหรือเก็บไว้โรงงานผลิตภัณฑ์การผลิต aflatoxins ตับและสารก่อมะเร็ง (IARC 1993) การตอบสนองไปยัง Host necrotrophs มีความซับซ้อนและเป็นที่รู้จักไม่ดีที่เกี่ยวข้องกับยีนต้านทานเชิงปริมาณและกรดjasmonic และเส้นทางการส่งสัญญาณเอทิลีนขึ้นอยู่กับ(Glazebrook 2005; แฮมมอนด์-Kosack และปาร์กเกอร์ 2003). การตอบสนองต่อผิวแพ้ง่ายนอกจากนี้บุคคล (HR) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่มีการแปลที่มีการตายของเซลล์ที่จะจำกัด การเจริญเติบโต biotrophic ดูเหมือนว่าจะเพิ่มความไวต่อพืชและอำนวยความสะดวกการล่าอาณานิคมnecrotrophic (Govrin และ Levine 2000) เนื่องจากความสำคัญของการปรับปรุงพืชต้านทานและลดการปนเปื้อนของอะฟลาท็อกซินที่ทำให้เกิดโรคเชื้อราและการมีปฏิสัมพันธ์พืชเชื้อโรคได้รับวัตถุของการศึกษาจำนวนมาก(Bhatnagar et al, 2006. คลีฟแลนด์ et al, 2004). แม้ว่าข้าวโพดลูกผสมทางการค้าโดยทั่วไปที่ไวต่อการ A. flavus. (เคลลี่ et al, 2012) มันก็แสดงให้เห็นว่าเส้นข้าวโพดแสดงระดับที่แตกต่างของความต้านทานต่อการติดเชื้อและการสะสมของอะฟลาท็อกซิน(วิลเลียมส์2006 วิลเลียมส์ andWindham 2006) คุณสมบัติเหล่านี้จะถูกควบคุมโดยยีนต้านทานเชิงปริมาณและหลายต้านทานที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งลักษณะเชิงปริมาณ(QTL) ได้รับการระบุในข้าวโพด(บรูคส์ et al, 2005;. บูร et al, 2009). ต้านทานข้าวโพดเพื่อเอ การติดเชื้อ flavus และการสะสมอะฟลาท็อกซินเกิดจากการยับยั้งการกระทำของโปรตีนต้านเชื้อรารวมทั้งB-1,3-glucanases, chitinases ยับยั้ง trypsin, การเกิดโรคที่เกี่ยวข้อง (PR) 10, ไรโบโซมยับยั้งโปรตีนzeamatin, เลคตินและโปรตีนเช่นจากเมล็ดแคลลัส, ตัวอ่อน endosperm และผ้าไหม (Baker et al, 2009;. เฉิน et al, 1998, 2007;.. เคลลี่ et al, 2012; Lozovaya et al, 1998;. Neucere 1996; นีลเซ่น et al, 2001;.. Peethambaran et al, 2010 ). ควรนอกจากนี้เพื่อปรับปรุงความต้านทานเคอร์เนลจะโปรตีนที่เชื่อมโยงกับเซลล์ป้องกันจากความเสียหายความเครียดออกซิเดชันเช่น reductase aldose, glyoxalase ผมโปรตีนร้อนช็อตขนาดเล็ก (HSPs) peroxiredoxin, โปรตีนเย็นควบคุม peroxidase ประจุลบและการเก็บรักษาโปรตีน( เฉิน et al, 2002;. Guo et al, 1997). ระดับหรือกิจกรรมของพวกเขาได้รับการแสดงที่จะสูงขึ้นในยีนทนก่อนหรือหลังจากการติดเชื้อเอflavus. สายพันธุ์เชื้อรา Fusarium มีเชื้อโรคอย่างแพร่หลายของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ในพื้นที่พอสมควรและsemitropical รวมทั้งยุโรปพื้นที่ปลูกข้าวโพด-(Logrieco et al. 2002) . Hemibiotrophic เอฟ graminearum และสายพันธุ์อื่น ๆ ที่ติดเชื้อ Fusarium ที่อาศัยอยู่ในเนื้อเยื่อเป็นbiotrophs แต่หลังจากระยะแฝงพวกเขาสามารถทำให้เกิดการตายของเนื้อเยื่อโฮสต์และดังนั้นพวกเขากลายเป็นsaprotrophs (เบคอนและเยตส์2006) ในบรรดาสารพิษจากเชื้อรา Fusarium, fumonisins เอ Lanubile โวลต์และ Maschietto สนับสนุนอย่างเท่าเทียมกันในการทำงานนี้. สอดคล้องกันผู้เขียน: ซี Paciolla; E-mail: [e-mail] * โลโก้อีเอ็กซ์ตร้าย่อมาจาก "อิเล็กทรอนิกส์พิเศษ" และแสดงให้เห็นว่าสามตารางเสริมมีการเผยแพร่ออนไลน์. © 2015 อเมริกัน Phytopathological สังคม546 / โมเลกุลพืชจุลินทรีย์ปฏิสัมพันธ์ที่ผลิตโดยเอฟverticillioides และเอฟ proliferatum ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งและโรคที่รุนแรงในมนุษย์และสัตว์บกและเป็นระดับที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดของสารพิษจากเชื้อราที่พบในข้าวโพดเมล็ด(เบนเน็ตต์และ Klich 2003; Logrieco et al, 2003;. โว et al. 2007) ในทางตรงกันข้ามกับ A. flavus ชนิด Fusarium Toxigenic ต้องมีความชื้นสูงในพื้นผิวสำหรับการเจริญเติบโตและการสังเคราะห์สารพิษจากเชื้อรา (> 20%) ดังนั้นพวกเขาเป็นตัวแทนของอันตรายใน preharvested พืชหรือเก็บเกี่ยวสดใหม่ที่ได้รับการอบแห้ง (Logrieco et al. 2003 ) เอฟเอฟและ verticillioides proliferatum จะบ่อยที่สุดที่แยกได้จากหูรับผลกระทบจากเชื้อราFusarium หูเน่าตามโดยsubglutinans เอฟโดยเฉพาะอย่างยิ่งในละติจูดที่ต่ำกว่า (Logrieco et al. 2003) การเข้ามาของสายพันธุ์เชื้อรา Fusarium ในหูข้าวโพดสามารถเกิดขึ้นได้จากการเจริญเติบโตของเส้นใยผ้าไหมลงไปเมล็ดและขนนกจากสปอร์งอกบนผ้าไหมหรือผ่านบาดแผลบนเปลือกที่เกิดจากแมลงหรือนก(Munkvold 2003) นอกจากนี้พวกเขาสามารถทำงานเป็น endophytes และเป็นระบบตั้งรกรากข้าวโพดทั้งหมดโดยไม่ก่อให้เกิดอาการถูกส่งจากเมล็ดพืชและหลังจากนั้นจะเมล็ด (Munkvold 2003) บนมืออื่น ๆ ที่ fumonisins แม้จะมีพิษของพวกเขาจะไม่ได้สิ่งที่จำเป็นสำหรับการบุกรุกเนื้อเยื่อจากเชื้อราเหล่านี้ตั้งแต่กลายพันธุ์สายพันธุ์atoxigenic verticillioides เอฟจะยังคงสามารถที่จะทำให้เกิดการเน่าหู. (จาร์แดงส์ et al, 2002;.. Lanubile et al, 2013) ความพยายาม เพื่อขยายความรู้ของฐานทางพันธุกรรมของเชื้อราFusarium ปฏิสัมพันธ์ spp. -ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ส่วนใหญ่ที่ส่งผลการศึกษาของเอฟเอฟและverticillioides graminearum เชื้อโรคข้าวโพด. เอฟ verticillioides ฉีดวัคซีนเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสทั้งในเมล็ดข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ที่ไวต่อและทนต่อรอบเว็บไซต์ที่เริ่มต้นจากการฉีดวัคซีน48 ชั่วโมง postinoculation (HPI) (Lanubile et al, 2010;. และข 2012a; 2014) โฮสต์ทนแสดงระดับส่วนประกอบที่ค่อนข้างสูงของการป้องกันที่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของยีนในขณะที่ไวต่อจีโนไทป์ต้องโจมตีเชื้อโรคที่จะทำให้เกิดยีนที่เกี่ยวข้องกับการป้องกัน ที่น่าสนใจการแสดงออกของโปรตีนประชาสัมพันธ์เช่น B-1,3-glucanases (PRm6) และ chitinases (PRm3) ที่ดูเหมือนจะเป็นส่วนประกอบในข้าวโพดอ่อนบอกบทบาทที่เพิ่มขึ้นในการควบคุมปกติกระบวนการของการงอกของเมล็ด(Campo et al, . 2004) โปรตีน PR5 และ chitinases เช่น PRm3 ถูก overexpressed ในผ้าไหมของสายข้าวโพดทนในการตอบสนองA. flavus และเอฟ verticillioides วัคซีน (Peethambaran et al, 2010;.. Sekhon et al, 2006). มูฮัมมาดีและเพื่อนร่วมงาน (2011) แสดงให้เห็นว่าเอฟ การติดเชื้อ graminearum นำไปสู่การเพิ่มขึ้นที่ 48 HPI, ของ PR โปรตีน chitinases, peroxidase (POD) และไซลาเนสและโปรยับยั้งมากขึ้นอย่างมากในสายCO441 ทนเป็นเมื่อเทียบกับสายB73 ไวต่อ นอกจากนี้เมล็ดของCO441 มีระดับที่สูงขึ้นของโปรตีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการป้องกันหลังการรักษาจำลองบอกว่าโปรตีนเหล่านี้อาจให้การป้องกันฐานกับการติดเชื้อเอฟverticillioides. ความแตกต่างในหมู่สายพันธุ์ในความไวต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมความเครียดได้รับการมีความสัมพันธ์กับความสามารถที่เพิ่มขึ้นของascorbate การสังเคราะห์และการทำงานของกลูตาไธโอน-ascorbate (ASC-GSH) เอนไซม์วงจร (Noctor และ Foyer 1998; Paciolla et al, 2004, 2008). อันที่จริงการมีปฏิสัมพันธ์เชื้อโรคและ abiotic ปัจจัยความเครียดสามารถนำไปสู่หนึ่งหรือทั้งสองผลิตที่เพิ่มขึ้นหรือการสะสมของออกซิเจน (ROS) ในเนื้อเยื่อพืช. พืชที่มีการพัฒนาการป้องกันเอนไซม์และ nonenzymatic ระบบเพื่อลดและไล่ ROS รวมทั้ง ASC-GSH วงจร catalase (กสท.) POD และ superoxide dismutase (SOD). เมื่อทั้งระบบ ROS-ไล่ล้มเหลว overaccumulation ของROS สามารถเรียกน้ำตกส่งสัญญาณที่แตกต่างกันนำไปสู่เซลล์ตาย(Van Breusegem และ Dat 2006). มันก็แสดงให้เห็นโดยสนามฉีดวัคซีนเทียม การทดสอบที่บางส่วนของQTL ที่เกี่ยวข้องในการต้านทานต่อหูเน่าที่เกิดจากเอฟ verticillioides เอฟ proliferatum และ A. flavus และสารพิษจากเชื้อราปนเปื้อนเหมือนกันหรือเชื่อมโยงทางพันธุกรรม(โรเบิร์ตฮอยต์et al. 2007) ด้วยเหตุนี้สายพันธุ์ที่ทนต่อ A. flavus และเอฟ เน่า graminearum หูอาจจะใช้ในการเลือกพันธุ์ขั้นสูงสายที่มีความต้านทานเพิ่มขึ้นเน่าหูเอฟverticillioides (Lanubile et al. 2011) Wisser และเพื่อนร่วมงาน (2006) รายงานหลักฐานว่าQTL โรคที่แตกต่างกันเป็นคลัสเตอร์ในข้าวโพดจีโนม. การศึกษาครั้งนี้จะประเมินรายละเอียดการแสดงออกของ defenserelated เลือกยีนทน(CO441) และอ่อนไหว (CO354) เมล็ดข้าวโพดที่ 72 hpi กับสายพันธุ์สารพิษจากเชื้อราที่ผลิต ของเอฟ proliferatum, subglutinans เอฟและเอ flavus จุดมุ่งหมายของการนี้การทำงานคือการสังเกตการควบคุมการถอดรหัสของยีนที่เป็นทั้งการตอบสนองการป้องกันส่วนประกอบและเหนี่ยวนำให้เกิดการฉีดวัคซีนที่มีเชื้อโรคhemibiotrophic (Fusarium spp.) และเชื้อโรค necrotrophic (A. flavus) เวลาจริงกลับถอดความโพลิเมอร์ปฏิกิริยาลูกโซ่ (RT-PCR) ถูกจ้างมาเพื่อตรวจสอบยีนประชาสัมพันธ์(PR1, PR5, PRm3, PRm6) และยีนที่เกี่ยวข้องในการป้องกันจากความเครียดออกซิเดชันเช่นPOD, CAT, SOD และ peroxidase ascorbate (

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การพัฒนาเมล็ดของข้าวโพดพันธุ์ต้านทานและอ่อนแอกับ proliferatum ปลูกเชื้อ Fusarium , F . subglutinans และ
Aspergillus flavus . เลือกระบบการป้องกันแบบเรียลไทม์ได้
โดยใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรสแบบย้อนกลับ
เพื่อตรวจสอบการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับโรค ( PR )
( pr1 pr5 prm3 , , , prm6 ) และยีนที่ป้องกันจากความเครียดออกซิเดชัน
( peroxidase ,Superoxide Dismutase Catalase , ascorbate peroxidase และ
) ที่เวลา 72 ชั่วโมง เริ่ม . นอกจากนี้ยังขยาย
เพื่อการวิเคราะห์จากกลูต้าไธโอน วงจรและ Catalase ,
Superoxide Dismutase และ cytosolic และผนังเพอร์ กซิเดส
เอนไซม์ นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และมาลอนไดอัลดีไฮด์
เนื้อหาทดสอบเพื่อประเมินระดับ
ออกซิเดชันกิจกรรมการแสดงออกของยีนเอนไซม์สูงและพบว่าในเมล็ดของบรรทัดการ

ทนพระราชทานหลักความพร้อมเชื้อโรคโจมตี นอกจากนี้การแสดงออกของยีน PR ค่า
ยังคงสูงในเส้นแนวต้าน หลังจากได้รับการตอบสนองที่แสดงให้เห็นมากกว่า

เชื้อโรคเข้ามารุกราน ในทางตรงกันข้ามชนิดออกซิเจนปฏิกิริยา–การยีน
ขอชักนำในบรรทัดที่อ่อนแอเท่านั้นหลังจากที่เชื้อโรคเชื้อ
แม้ว่าเอนไซม์ของพวกเขาสูงกว่า
สายทน ข้อมูลพื้นฐานที่สำคัญของเราให้สอบสวนเพิ่มเติมของฟังก์ชันในการป้องกันการพัฒนาของ

ในเมล็ดเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อเชื้อราเชื้อโรค ข้าวโพดพันธุ์ที่มีความต้านทานลักษณะ

อาจจะเกิดขึ้นกับโปรแกรมที่ใช้ในการต่อต้านเชื้อโรค เน้นความปลอดภัย และเม็ด



introductiion ของเชื้อราเชื้อโรคที่มีผลต่อผลผลิตและผลผลิตธัญพืชทั่วโลก
ลดคุณภาพและการควบคุมเชื้อราสายพันธุ์ Fusarium มีความกังวลบ้าง

เพราะพวกเขาผลิตไมโครท็อกซินสารทุติยภูมิที่อย่างจริงจังขู่ , สัตว์
และสุขภาพของมนุษย์ ( ร่วมกับ 1993 ) . เชื้อราก่อโรคโดยทั่วไป
แบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก : biotrophs necrotrophs , ,
hemibiotrophs ( Oliver และ ipcho 2004 ) .
การควบคุมเชื้อรา มีลักษณะของ necrotrophic
เชื้อราเชื้อโรค ( เคลลี่ et al . 2012 ) และทั้งสองติดเชื้อ
พืชในเขตข้อมูล และ colonizes เก็บเกี่ยวหรือเก็บสินค้า โรงงานผลิตและโรคเอดส์

( ร่วมกับสารก่อมะเร็งอะฟลาทอกซิน 1993 )เป็นเจ้าภาพการ necrotrophs ซับซ้อน
และงาน รู้จัก เกี่ยวข้องกับยีนต้านทานปริมาณกรดและก๊าซเอทธิลีนและ
jasmonic –ขึ้นอยู่กับสัญญาณเซลล์
( เกลสบรู๊กแฮมมอนด์ 2003 และ 2005 ; kosack ปาร์กเกอร์ ) .
นอกจากนี้การตอบสนองไวเกิน ( HR ) เป็นเพียงปฏิกิริยา
กับการตายของเซลล์เพื่อ จำกัด การเจริญเติบโต biotrophic ดูเหมือนจะเพิ่ม