野生稻基因导入系W6023对白叶枯菌的抗谱及转录组差异表达基因分析

发布时间：2019-09-23 12:03

【摘要】：水稻白叶枯病是世界性水稻病害,严重威胁水稻的高产和稳产。为了挖掘水稻抗白叶枯病新基因,本研究对一个野生稻基因导入系W6023进行了白叶枯病多菌系接种鉴定及抗谱分析,发现W6023具有广谱抗病性。用强致病菌PXO99诱导W6023及其感病轮回亲本IR24后进行转录组测序,分别获得105644962和91022599条序列,通过GO注释及KEGG富集分析,发现差异表达基因主要富集在次生代谢产物的生物合成、植物激素信号转导及糖代谢途径等方面。在这些差异表达基因中,发现203个基因的表达有显著差异,其中在W6023中上调表达的基因有114个(56.2%),下调表达的有89个(43.8%),而且35.9%分布在第11染色体上。生物信息学分析发现在203个差异表达基因中有16个属于类抗病基因,如NBS-LRR等;14个直接或间接与水稻体内过氧化物的代谢相关,如编码过氧化物酶和金属硫蛋白等;6个编码抗病相关转录因子,如WRKY和NAC等;18个为信号传导相关基因,编码钙调素结合蛋白和萜类合成酶等。随机选择6个W6023中上调表达和3个IR24中上调表达的基因进行RT-PCR及qRT-PCR分析,结果与转录组测序结果一致,表明本研究获得的转录组测序数据结果是可靠的,为以后更深入挖掘W6023的抗病基因及分子机理研究提供了基础。
【图文】：

2期张明伟等:野生稻基因导入系W6023对白叶枯菌的抗谱及转录组差异表达基因分析抗病，而Xa21对KXO85表现感并Xa27对C4表现感病［16］，说明W6023也不含Xa21和Xa27。因此，W6023可能是一个新抗源，其抗病谱优于包括Xa21在内的大部分抗病材料，仅次于Xa23。IＲ24:感病对照IＲ24:Controlforsusceptibility图1水稻材料W6023对白叶枯病菌的抗性反应Fig．1ＲesistancereactionofricelineW6023toXoostrains表1W6023与已知抗白叶枯病基因的抗谱比较Table1ComparisonofresistancespectrumtoXoostrainsbetweenW6023andalltheknownBBresistancegenes材料Variety抗性基因Ｒesistancegene菲律宾国际鉴别小种Philippineinternationaldifferentialraces韩国Korea日本Japan中国China孟加拉BangladeshP1P2P3P4P5P6P7P8P9P10KX085KXO576T1C5PP8511W6023?ＲＲＲＲＲＲＲＲＲSＲＲＲＲＲIＲBB1Xa1SSSSSSSSMSSSSSMSSIＲBB2Xa2SSSSSSSMSSSＲＲＲMＲSIＲBB3Xa3ＲＲＲＲＲSＲＲＲSＲＲＲMＲSIＲBB4Xa4ＲSSＲＲSＲＲSＲMSＲＲSMＲIＲBB7Xa7ＲＲＲSＲSＲＲSＲＲＲＲＲＲIＲBB10Xa10SＲSSMＲSMＲSMSSSSSSＲIＲBB11Xa11SSSSSSMSSMＲSMＲＲSSMSIＲBB14Xa14SSSSＲSSＲMSSＲＲＲMSSTeTepXa16SSMＲMＲMSMSSMSMＲSMSＲＲＲＲAsominoriXa17ＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲMiyangXa18SMＲＲＲSSSSＲSMSSSＲMSIＲBB21Xa21ＲＲＲＲＲＲＲＲＲSSSＲＲＲ扎昌龙Xa22(t)MＲＲMＲＲＲMSMSMSＲMSＲＲＲMＲMSCBB23Xa23ＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲ明恢63Xa25SSSSSSSSＲＲSSSSSIＲBB27*Xa27\ＲＲMＲＲＲ\\\\\\Ｒ\\FF329*Xa39ＲＲＲＲＲＲＲＲＲＲ\\\\\I554W1*Xa41(t)SSS\S\\\\\\\\\\IＲ24NoSSSSSSSSMSSSSSSMSＲ:抗病;MＲ:

过敏性反应及转录组测序取样依据用强致病菌P6对IＲ24和W6023注射接种，3d后出现明显不同的症状(图2)。感病品种IＲ24叶片呈现黄色晕圈，7d后晕圈逐渐变成水浸状，最后叶片萎蔫枯死。而W6023则在注射处出现褐化斑，产生过敏性坏死即典型的HＲ现象。因此，本研究选择注射2d以内的叶片提取ＲNA用于测序，以防水稻叶片坏死及病菌繁殖过多干扰ＲNA-Seq结果。也曾试图提取注射3d以后的叶片ＲNA，结果发现注射3d时，W6023只能提取到很少量的ＲNA，而IＲ24中ＲNA已经提取不到，感病品种的叶片细胞已经被白叶枯病菌破坏。图2W6023和IＲ24注射接种3d后的症状Fig．2SymptomsofW6023andIＲ24infiltratedusingP6strainafter3days2.3差异表达基因在不同功能通路中分布对W6023和IＲ24转录组测序并对测得数据去杂处理，分别得到105644962和91022599条序列，每条序列长为101bp。把获得的高质量序列数据在ＲiceGenomeAnnotationProject数据库中进行检索比对，分别得到97674093(92.46%)和84277721(92.61%)条序列已有注释。基于序列的相似性原理，共有34923个基因至少与一个GO术语相匹配，并可以进一步细化为48个功能小组，其中包括生物过程、细胞组件和分子功能3个部分(图3)。差异表达的基因在生物过程类别里的cellularprocess(19336个基因，0.55%，GO:0009987)、single-organismprocess(9113个基因，0.26%，，GO:0044699)、metabolicprocess(19814个基因，0.57%，GO:0008152)等二级分类中较为集中。在细胞组件分类里organelle(12632个基因，0.36%，GO:0043226)、cellpart(18596个基因，0.53%，GO:0044464)、membrane(8820个基因，0.25%，GO:0016020)和cell(21407个基因，0.61%，GO:0005623)出现的次数比较多。在分子功能类别中binding(18
【作者单位】： 中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程;
【基金】：国家自然科学基金(31571640)
【分类号】：S435.111.47;Q943.2


本文编号：2540285