根肿菌胁迫下大白菜差异表达基因分析及鉴定

发布时间：2018-10-13 17:34

【摘要】：大白菜根肿病是一种世界性土传病害,也是危害大白菜的主要病害之一。该病能引起植株生长不良、萎蔫、矮化,产量和质量均受损,造成严重的经济损失;同时被根肿病菌污染的土壤长期带菌,严重威胁下一茬十字花科作物。目前已在全国17个省、市、自治区发生,由此可见,根肿病对大白菜等十字花科作物的可持续生产造成严重威胁。本研究通过对抗、感根肿病大白菜近等基因系接种后Oh,12 h,72 h和96 h的根进行转录组测序,深入研究大白菜在根肿菌胁迫下的基因表达动态变化及高抗和高感品种之间基因表达的差异,全面分析参与大白菜与根肿菌互作过程中的信号转导途径。通过分析,筛选出与抗根肿病密切相关的几丁质酶基因,对其家族成员进行了鉴定,并对其组织特异性表达和在根肿菌胁迫及几丁质处理后的表达模式进行了分析。本研究为深入研究大白菜与根肿菌的互作以及大白菜应对根肿菌侵染的分子机制奠定了基础。主要研究结果如下:1.利用RNA-seq技术对大白菜高抗根肿病品种CR BJN3-2及其高感根肿病的近等基因系BJN3-2接种后Oh,12h,72h和96h的8份材料进行转录组测序,通过序列的组装、聚类,共获得180,185,005条的reads,总碱基数为36.4Gb。2.抗感材料之间共检测到3812个差异表达基因,接种后0h,12 h,72 h和接种后96 h差异表达基因的数量分别是2056、1597、1569和1452个,其中上调表达的有987、587、670和574个,下调表达的分别是1069、1010、899和878个。在取样的4个时间点持续上调表达的有83个,下调表达的321个。将所有差异基因与GO、KEGG和COG数据库进行比对,注释到GO数据库的有3355个,注释到COG的1034 个,KEGG 788 个。3.模式识别受体(PRRs)可以识别病原菌的PAMPs并激发植物对病原菌的防御反应。分析发现,有23个差异表达的类受体激酶基因(receptor-like kinases,RLKs)。其中在CR BJN3-2中上调的有9个,在BJN3-2中上调的有14个。4.NBS-LRR类抗病蛋白可特异的识别病原菌的效应因子,在转录组基因差异表达分析中,发现16个含有NBS-LRR结构域的抗病蛋白差异倍数在2倍以,其中14个在抗病材料CR BJN3-2中表现为上调表达。5.病程相关蛋白是植物响应病原菌胁迫的特异性蛋白。接种根肿菌后共发现18个差异表达的病程相关蛋白,与BJN3-2相比,在CRBJN3-2中这些病程相关蛋白分别在接种后不同时期表现为上调表达。6.目前与抗病相关的植物激素途径主要包括SA、JA和ET介异的三条信号途径。本研究中共发现20个与SA、JA/ET信号转导相关的差异表达基因,包括3个与SA相关的基因、8个JA信号途径相关基因以及9个ET信号途径相关基因。接种后SA途径在抗病材料中被诱导,而JA/ET途径受到抑制。7.根肿菌侵染会引起植物细胞异常增生和增大。转录组测序共检测到34个差异表达的细胞壁修饰基因,包括7个木葡聚糖水解/转移酶(xyloglucan cndotransglucosylase/hydrolase),4 个果胶甲酯酶(pectin methylesterase),8 个阿拉伯半乳聚糖蛋白(arabinogalactan protein),11个扩张蛋白(Expansin),4个纤维素合酶(Cellulosesynthase),在抗病品种只有11个基因上调表达,其余23个均下调表达。8.本研究鉴定出大白菜基因组中33个几丁质酶家族成员,并对其进行了染色体定位、基因结构、保守结构域、启动子顺势作用元件和系统进化树分析。大白菜儿丁质酶基因共分为5大类,在染色体上分布不均匀,有8个基因在A01、A03和A05上发生了串联复制;保守结构域在各家族内部成员之间比较保守;在几丁质酶基因家族成的启动了区域鉴定出15个与胁迫相关的顺式作用元件,每个儿丁质酶基因均含有1-7个胁迫相关顺式作用元件。9.根肿菌胁迫下,14个几丁质酶基因表现出显著差异。进一步分析表明14个几丁质酶在两个近等基因系中表达模式不同。感病材料BJN3-2中,几丁质酶基因在侵染后期(10-20 d)的表达量要高于侵染前期;而在抗病材料中,大多数儿丁质酶基因的表达量在侵染前期(0.5-3 d)表达量较高。几丁质处理后,14个几丁质酶基因在两个材料中均在处理早期有较高的表达水平,并且抗病材料中几丁质酶基因对几丁质处理的响应比感病材料迅速。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S436.341

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本文编号：2269397