核心总结：比较四倍体和六倍体小麦抗赤霉病的研究
研究背景与目标：
- 本研究旨在比较合成六倍体小麦（SHWs）及其四倍体和二倍体亲本对赤霉病（Fusarium crown rot, FCR）的反应，揭示六倍体小麦在抗病性方面的优势。
主要发现：
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抗病性差异：
- SHWs表现出较高的FCR抗性，其疾病指数（DI）显著低于四倍体和二倍体亲本。平均DI值分别为：SHWs 41.8、四倍体亲本61.6、二倍体亲本52.3。
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基因表达和防御途径：
- 转录组分析表明，SHWs中多条防御途径在FCR感染后被上调。这些途径包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）介导的木质素和水杨酸（SA）合成途径。
- SHWs中共有431个差异表达基因（DEGs），其中408个上调。四倍体和二倍体亲本分别有122和131个DEGs。
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生理和生化参数：
- SHWs在FCR感染后的PAL活性、水杨酸和木质素含量显著高于四倍体亲本。
- 六倍体小麦具有更强的系统诱导抗性（ISR）和对水杨酸反应的基因表达。
研究意义：
- 本研究揭示了六倍体小麦相较于四倍体小麦在抗赤霉病方面的显著优势。这些发现为进一步提高小麦抗病性育种提供了重要的基因资源和理论基础。
结论：
- 六倍体小麦通过更高水平的PAL介导的防御途径，如木质素和水杨酸的合成，展现出对赤霉病的更强抗性。这表明六倍体小麦在抗病性方面具有显著优势，未来可以通过这些防御机制的改良进一步提高四倍体小麦的抗病性。
研究对象：二倍体、四倍体和六倍体小麦
二倍体小麦（Diploid Wheat）：
- 物种：Aegilops tauschii
- 染色体组成：DD
- 使用的亚种：
- Aegilops tauschii ssp. tauschii
- Aegilops tauschii ssp. strangulata
- 抗病性：
- 二倍体亲本显示出中等水平的抗病性，平均DI值为52.3%。
四倍体小麦（Tetraploid Wheat）：
- 物种：Triticum turgidum
- 染色体组成：AABB
- 使用的亚种：
- Triticum turgidum ssp. dicoccoides
- Triticum turgidum ssp. turgidum
- Triticum turgidum ssp. dicoccon
- 抗病性：
- 四倍体亲本的抗病性较弱，平均DI值为61.6%。
六倍体小麦（Hexaploid Wheat）：
- 物种：合成六倍体小麦（Synthetic Hexaploid Wheat, SHW）
- 染色体组成：AABBDD
- 生成方法：
- 四倍体小麦（T. turgidum, AABB）作为母本，二倍体野生山羊草（A. tauschii, DD）作为父本，通过自然染色体加倍生成合成六倍体小麦。
- 抗病性：
- SHWs表现出显著更高的抗病性，平均DI值为41.8%。与四倍体亲本相比，SHWs的DI值降低了16.0%至29.0%。
主要研究结果与分析
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FCR抗性比较：
- SHWs在抗FCR感染方面表现出显著优势，其DI值显著低于四倍体和二倍体亲本。八个SHWs的DI值显著低于四倍体亲本【31†source】。
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转录组分析：
- SHWs在FCR感染后表现出更多的差异表达基因（DEGs），且大多数DEGs是上调的。这表明SHWs在感染后的基因表达和防御反应方面更为活跃。
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防御机制：
- SHWs中多条防御途径被上调，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）介导的木质素和水杨酸（SA）合成途径。PAL基因在SHWs中的表达水平显著高于四倍体和二倍体亲本。
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生理和生化分析：
- 在FCR感染后，SHWs的PAL活性、水杨酸和木质素含量均显著高于四倍体亲本。大多数SHWs在幼苗期和抽穗期的木质素含量也高于四倍体亲本。
结论
本研究揭示了合成六倍体小麦在抗赤霉病方面的显著优势，主要体现在其更高水平的PAL介导的木质素和水杨酸合成途径的反应。这些发现为提高四倍体小麦的抗病性育种提供了重要的基因资源和理论基础。
