甘蔗(Saccharum spp.hybrid)是全球最主要的糖料作物,占总糖产量的近75%,同时,它还是一种极具经济价值的生物燃料、生物乙醇的高生物量作物。甘蔗黑穗病是由黑穗病菌引起的一种世界性病害,该病会导致甘蔗产量急剧下降,造成严重的经济损失。生长素(IAA)、赤霉素(GA)和水杨酸(SA)等植物激素信号参与响应甘蔗与黑穗病菌互作过程,但其调控甘蔗防御反应的作用机理尚不清楚。本研究通过人工接种抗黑穗病品种Q171和感黑穗病品种Q200分别建立甘蔗与黑穗病菌亲和与不亲和互作体系,采用外源施加2 m Mol/L IAA、1 m Mol/L GA_3和5m Mol/L SA,分别测定处理后甘蔗体内黑穗病菌含量、植物激素水平、病害相关化学物质水平、蛋白酶活性和植物激素信号通路基因表达水平,期望揭示IAA、GA_3和SA可能介导的甘蔗防御黑穗病反应。此外,本研究针对具有调节植物生长和抗病功能的TGA转录因子进行生物信息学分析,鉴定甘蔗TGA基因家族成员并分析它们的基因结构、进化、启动子结构以及它们在云蔗05-51感染黑穗病菌条件下对外源IAA、GA_3和SA的响应。主要结果如下:1、构建了黑穗病菌b E基因的标准品重组质粒和荧光定量PCR(q PCR)标准曲线,重组质粒浓度在10 ag/μL～1 ng/μL时与Ct值具有极好的负相关(R>0.999)。基于q PCR发现,抗黑穗病品种Q171在黑穗病菌侵染1～7天时病菌含量先上升后下降,而感病品种Q200中病菌含量则是上升后维持不变。接种5天时感病品种中病菌含量明显高于抗病品种,在7天时两品种间病菌含量差异进一步增大。2、施用IAA可提高甘蔗内源IAA含量,但不影响甘蔗内黑穗病菌含量。外源IAA对感病品种感染黑穗病后的生化特征及基因表达影响大于抗病品种。感病品种经IAA处理后,可溶性蛋白含量显著降低,类黄酮含量、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性和H_2O_2含量则明显升高;但在抗病品种中仅发现过氧化物酶(POD)活性增加。在黑穗病菌胁迫下,外源IAAchlorophyll biosynthesis抑制了抗感品种中AUX1的表达,同时提高了IAA14的表达量;感病品种中的ARF2、IAA17和GH3.8响应了IAA处理,而它们在抗病品种中无明显变化。3、黑穗病菌侵染后甘蔗内源GA_3含量下降,施加GA_3显著降低了植株内黑穗病菌含量。GA_3处理对接selleck产品种后感病品种和抗病品种的生化特征和基因表达的调控方式类似,GA_3降低了抗感品种中丙二醛(MDA)含量,抑制了过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,而对类黄酮和H_2O_2含量无显著影响。施加GA_3激活了抗感品种的GA信号通路,GID1和DELLA的表达均被抑制,而PIF4转录因子则被激活。4、施加SA未对抗病和感病甘蔗中黑穗病菌含量造成明显变化。SA明显抑制了抗病品种和感病品种的C59CAT活性,也导致H_2O_2含量上升。SA还诱导了感病品种中PAL活性和MDA含量增加,但未显著改变抗病品种中这两种物质的含量。在抗病品种和感病品种与黑穗病菌互作过程中,SA通路基因NPR1和PR1的表达水平均发生上调,TGA13则发生下调。施加SA可以显著提高抗感品种中TGA13和PR1基因的表达。5、通过生物信息学方法共鉴定出16个甘蔗TGA家族基因,其中大部分具有相似的保守结构域。系统发育分析表明,16个Sh TGA家族成员可分为8个类群,并与拟南芥TGAs有不同的进化方式。所有Sh TGA家族成员在进化过程中都受到了纯化选择。在Sh TGA家族基因的启动子中发现了多种顺式调节元件,包括激素调节元件、逆境响应元件、光响应元件和生长发育调节元件。除了Sh TGA10/11外,大多数Sh TGA基因参与了芽生长和发育过程。在甘蔗感染黑穗病菌后,Sh TGA13/14的表达下降,添加IAA、GA_3和SA可以恢复Sh TGA13/14的表达。综上,GA_3明显降低了甘蔗与黑穗病菌互作前期的病原菌增殖,暗示其在甘蔗防御黑穗病菌中发挥重要作用。IAA、GA_3和SA参与调控甘蔗对黑穗病的防御反应,不同抗性品种的内源激素、生化特征和植物激素信号通路基因表达存在差异。共鉴定了16个甘蔗TGA家族基因家族成员,其中Sc TGA13/14基因参与植物激素介导的甘蔗防御黑穗病菌响应,其在甘蔗防御黑穗病菌中可能发挥重要作用。研究结果为揭示这些植物激素调节甘蔗抗黑穗病的分子机制奠定了理论基础。