烟草与黑胫病菌亲和互作的数字基因表达谱分析

发布时间：2019-11-13 02:24

【摘要】：为探讨烟草与黑胫病菌亲和互作在转录水平的分子机制,本研究利用Solexa高通量测序技术分析感病品种红大接菌前0 h和接菌后12 h、24 h、48 h和72 h茎部组织的基因表达谱。将5个时间点样品的Unigene表达量依次进行两两相比,4个时间点分别鉴定出11 434、12 190、5 128、7 428个差异表达基因。GO功能分析表明,已注释的差异表达基因显著富集到细胞组分中的细胞壁、胞外区域和质膜上,分子功能的催化活性、激酶活性、核酸结合转录因子活性和信号转导活性,并主要参与响应刺激、响应胁迫、次级代谢、信号转导等生物学过程。Pathway分析显示,差异表达基因显著富集到多条次生代谢产物生物合成途径和碳水化合物代谢途径,以及与抗病相关的植物与病原菌互作、植物激素信号转导等途径。14类共计36个已知功能差异基因参与植物与病原菌互作Pathway,多数属于PTI途径调控基因,且基因表达量在黑胫病菌侵染中期(48 h)达到最高;仅有4类ETI途径调控基因差异表达,其中抗病负调控因子RIN4在黑胫病侵染前、中期(24 h,48 h)上调表达,信号组分HSP90接菌后24 h下调表达。由此可以推测,受黑胫病菌侵染后,红大品种中PTI途径调控基因能有效响应黑胫病菌胁迫反应,从而提高对黑胫病菌的抵抗能力,而ETI途径调控基因不能有效响应黑胫病菌胁迫反应。本研究初步揭示了烟草黑胫病感病品种在转录水平上的表达差异,为培育优质抗病新品种提供了理论基础。
【图文】：

9GQ20(%)98.9398.9298.9298.9198.94Q30(%)96.1996.1396.1596.1496.23GC含量(%)GCcontent(%)43.0943.3342.9743.1943.07P(%)0.920.910.910.900.91注:Nr:原始序列总条数;Nq:质量控制后的序列总条数(有效数据);Lq:质量控制后序列的总长度;P:比对成功的序列条数占有效序列总数的百分率Note:Nr:Totalnumberofrawreads;Nq:Totalnumberofreadsafterqualitycontrol(Validdate);Lq:Totallengthofreadsafterqualitycontrol;P:Percentageofsuccessfullymappedreadnumbertototalvaliddate图1S-0h的Solexa测序饱和度分析Figure1SolexasequencingsaturationanalysisofS-0h个。接种黑胫病菌24h、48h和72h后的差异表达基因分别富集到205个、204个和204个GOterm，显著富集到的GOterm分别为68个、51个和66个。对4个时间点差异表达基因显著富集的GOterm(Qvalue≤0.05)进行聚类分析，结果如图2所示：接种黑胫病菌12h、24h、48h和72h后的差异表达基因主要显著富集到生物学过程的衰老(Aging)、生物调控(Biologicalregulation)、细胞传达(Cellcommunication)、胞内自动调节(Cellularhome-ostasis)、胞内响应刺激(Cellularresponsetostimulus)、响应生物胁迫(Responsetobioticstimulus)、响应内生刺激(Responsetoendogenousstimulus)、胞外刺激反应(Responsetoextracellularstimulus)、响应胁迫注:比较组合S_12hvsS_0h,S_24hvsS_12h,S_48hvsS_24h,S_72hvsS_48h,分别表示红大接种清水(0h)和接种黑胫病菌后12h、24h、48h和72h5个时间点样品的Uni-gene表达量依次进行两两比较Note:S_12hvsS_0h,S_24hvsS_12h,S_48hvsS_24h,S_72hvsS_48hmeantheUnigeneexpressionofHongdaaftersterilewaterinoculationfor0h,andafte

分子植物育种MolecularPlantBreeding图2不同时间点差异表达基因显著富集的GOterm聚类热图分析Figure2HeatclusteranalysisforGOtermbysignificantenrichmentofdifferentiallyexpressedgenesatdifferentinocu-lationtimepoints(Responsetostress)、次级代谢过程(Secondarymeta-bolicprocess)、信号转导、信号传递等GOterms；在细胞组分方面，显著富集到细胞壁(Cellwall)、胞外区域(Extracellularregion)、胞外区部分(Extracellularregionpart)和质膜(Plasmamembrane)等GOterms；从GO的分子功能来看，差异表达基因编码蛋白主要具有结合碳水化合物(Carbohydratebinding)、催化作用(Catalyticactivity)、受体活性(Receptoractivity)、激酶活性(Kinaseactivity)、信号转导活性(Signaltransduceractivity)和转录因子活性(Transcriptionfactoractivity)等GOterms。1.4差异表达基因Pathway分析不同接种时间点差异表达基因Pathway分析结果(表4)，接种黑胫病菌12h、24h、48h和72h后的差异表达基因分别有1663、1910、756和1163个基因注释到121、123、113和116个Pathway，其中显著富集到Pathway分别有39、32、27和27个。这些显著富集的Pathway主要包括半胱氨酸和蛋氨酸代谢(Cysteineandmethioninemetabolism)、苯丙氨酸代谢(Phenylalaninemetabolism)、苯丙氨酸的生物合成(Phenylalaninebiosynthesis)等氨基酸代谢途径，，黄酮类化合物生物合成(Flavonoidbiosynthesis)、苯丙烷类3466

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本文编号：2560083