鳞翅目昆虫与棉花互作的转录组分析及LOX基因家族的进化分析

发布时间：2020-05-07 12:06

【摘要】：棉花是世界上极其重要的油料作物和纤维作物。在整个生长周期中,棉花会遭受各种各样昆虫的为害,严重影响棉花的品质和产量。在棉花和昆虫长期的博弈中,棉花形成了复杂的防御体系来应对昆虫的袭击。昆虫取食植物时,植物会产生伤口(Wounds),同时植物也可以感知昆虫口腔分泌物(OS),进而产生防御响应。本研究中,对棉花进行机械损伤后,在机械伤口处滴加昆虫口腔分泌物(W+OS)和水(W+W),比较在OS是否存在的情况下,植物转录水平上的差异,来探究OS在植物响应昆虫中的作用。从转录组获得的差异表达基因中选取9个,利用CRISPR-Cas9技术进行基因敲除,且对其中的LOX基因进行基因家族进化分析,本研究主要结果如下:1.对发生机械损伤和昆虫口腔分泌物处理的棉花进行比较转录组分析对转录组测序得到的reads进行过滤、拼接、组装和样品间基因差异表达分析。在这两种口腔分泌物处理的样品中,下调表达的基因数量均多于上调表达的基因数量。GO(Gene Ontology)富集分析中,差异表达基因主要富集于“酶的催化活性”、“转运蛋白”、“转录调节因子”和“对刺激的响应”等类别。W+OS和W+W处理的样品中,茉莉酸(JA)和茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)的含量随着时间的推移均升高,但是W+OS处理的植物中,JA和JA-Ile含量比W+W高1倍多。两种口腔分泌物处理的共同差异基因主要富集在“倍半萜和三萜生物合成”、“苯丙烷代谢”和“类黄酮生物合成”等抗虫代谢路径。这些结果意味着,由于鳞翅目昆虫口腔分泌物的存在,棉花调整体内基因的表达,以应对昆虫的继续危害,并且印证了口腔分泌物在棉花-昆虫互作中起着重要的作用。2.基因的遗传转化和LOX基因家族的全基因组鉴定和进化分析由棉花与鳞翅目昆虫互作的转录组数据,筛选到LOX(脂氧合酶)、PAL(苯丙氨酸解氨酶)、Gols(肌醇半乳糖苷合成酶)和MIPS(肌醇-1-磷酸合酶)等9个差异表达基因,利用CRISPR-Cas9技术进行基因敲除。通过全基因组分析,在四个已测序的棉种雷蒙德氏棉、亚洲棉、陆地棉和海岛棉中分别鉴定了18、13、23和28个LOX基因。系统进化分析将LOX基因家族基因分为三个亚组,9-LOX,I类13-LOX和II类13-LOX。在同一个亚组内,LOX基因结构相似。陆地棉中的23个LOX基因,随机的分布在14条染色体上。这些生物信息分析结果为今后棉花LOX基因的功能研究奠定了基础。
【图文】：

路径图,昆虫,取食,路径

5图 1.1 昆虫取食后的早期信号路径（Wu et al 2011）Fig.1.1 Early signaling events in herbivore-attacked plants (Wu et al 2011）1.2.3 激素信号响应昆虫取食植物后，会诱导植物体内防御相关基因的表达，刺激体内次生代谢产物合成，，茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）作为次生代谢产物合成的关键环节，在抵抗害虫入侵的过程中起着重要作用（Lawo 2009, Schuman and Baldwin 2015）。茉莉酸是一种广泛存在于高等植物体内的植物激素，它参与植物生物胁迫和非生物胁迫，诱导一系列相关基因的表达。茉莉酸是通过植物体内的十八碳烷酸途径

口腔分泌物,虫子,盒子,饲料

图 2.1 昆虫口腔分泌物的收集和植物的处理（A）虫子生长在含有饲料的盒子里；（B）虫子生长在棉花叶片上；（C）收集口腔分泌物；（D）口腔分泌物；（E）划布轮制造机械伤口；（F）伤口处滴加口腔分泌物Fig.2.1 The collection of oral secretion and the treatments of the cotton leaves.(A) Insects grow on a box containing artificial feed. (B)Insects grow feed on cotton leaves. (C)Collection of oralsecretion. (D)Oral secretion stored in a tube. (E)Generation of the mechanical wounds by rolling a pattern wheel on aleave. (F)Adding the oral secretion on the wounds.2.2.2 RNA 的提取与测序（1）RNA 的提取：将取得的样品用液氮在研钵中磨成粉末状，采用传统方法进行提取。RNA 粗提：
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.62

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