甘蔗响应黄叶病毒侵染的转录组差异表达研究

发布时间：2020-04-24 22:29

【摘要】：甘蔗是世界上重要的糖料作物和可再生能源作物之一,由于生长期长,很容易感染各种病害,其中甘蔗黄叶病是甘蔗生产中的最主要病害之一,该病是由甘蔗黄叶病毒(Sugarcane yellow leaf virus,SCYLV)引起,SCYLV属于黄症病毒科(Luteovirus)马铃薯卷叶病毒属(Pelerovirus),田间植株发病率在10%-100%之间,能使蔗茎的产量降低20%-60%。本研究通过SCYLV侵染后抗病和感病甘蔗品种转录组差异分析,挖掘和抗性表达相关的差异表达基因,为解析甘蔗对黄叶病毒侵染的抗性机制,也为甘蔗抗黄叶病分子标记辅助育种和遗传改良奠定基础。主要结果和结论如下:1.本实验采用高粱蚜为介体昆虫,以抗病品种ROC24和感病品种CP72-1210为供试材料,研究两个甘蔗品种在黄叶病毒侵染后转录组的差异表达情况。数据分析发现,在ROC24和CP72-1210转录组数据中分别得到112788和106303条非重复序列基因。在ROC24转录组数据中有938个基因差异表达,其中表达量上调的基因有522个,表达量下调的基因有416个;在CP72-1210数据中筛选到1980个差异表达基因,其中表达量上调的基因有1365个,表达量下调的有615个。2.将差异表达基因富集到GO数据中发现在两组转录组中注释最多的功能具有一致性:分子功能中,具有结合和催化活性功能的基因注释最多;细胞组成中,细胞和细胞部分功能注释最多;生物学过程中,细胞过程和代谢过程功能注释最多。将差异基因富集到KEGG数据库中,分别在ROC24和CP72-1210转录组数据中获得79和155条KEGG代谢通路。进一步筛选发现病原与植物的互作通路、植物激素的信号传导通路、蛋白激酶信号通路以及蛋白质在内质网的合成4条通路与抗病表达密切相关。3.通过对ROC24和CP72-1210两组转录组数据进行比对发现:在ROC24转录组中有17个抗病基因表达差异显著,包括1个蛋白激酶(CPK)、1个热休克蛋白90(HSP90)、5个热休克蛋白20(HSP20)、5个转录调节因子(WRKY)和5个病程相关基因非表达子(NPR1)基因。其中,WRKY基因表达量下调,HSP90、HSP20、CPK和NPR1的表达量上调。WRKY通过调控防御相关基因表达,提高植物防御能力;CPK通过超敏反应诱发细胞死亡抑制病毒传播;HSP20与HSP90参与降解病毒蛋白质的合成过程;NPR1调控水杨酸合成,增强植物抗性。CP72-1210转录组中发现了2个感病有关基因,包括1个热休克蛋白20和1个转录因子(MYC2)基因,MYC2调控茉莉酸的合成,减弱植物抗性。WRKY、HSP90、CPK和NPR1基因均不表达,但HSP20和MYC2基因的表达量下调。这些结果说明WRKY、CPK、HSP90、NPR1、HSP20和MYC2是甘蔗能否产生抗性的关键基因。4.转录因子差异表达分析,发现有21个转录因子家族总共116个基因发生了显著表达,其中差异表达最高的为WRKY转录因子家族。将其与玉米的转录因子数据库比对发现和抗性相关的3个WRKY分别对应转录因子ZEAMMB73_288216中的3个不同基因。5.采用实时荧光定量PCR验证抗病性有关基因的表达。以ROC24和CP72-1210植株的cDNA为模板,定量PCR检测结果显示14个基因的表达与转录组数据一致,包括1个蛋白激酶(CPK)、1个热休克蛋白90(HSP90)、5个热休克蛋白20(HSP20)、4个转录因子(WRKY)和3个病程相关基因非表达子(NPR1)基因。这些基因主要是通过调控防御相关基因表达、影响植物抗病信号的产生、抑制病毒的合成和传播3种方式达到增强或减弱植物抗性的目的。
【图文】：

高粱蚜

2.3.1 高粱蚜饲养高粱蚜通常以成虫或若蚜的形式群居在高粱叶片背面，整个群落覆盖叶片，通过刺吸高粱汁液的方式来获取营养，获取营养的同时在高粱茎叶放大量的蜜露。据研究表明，，无翅的孤雌胎生母蚜形态呈椭圆，触角的长6 节，呈细长状态，颜色为黄白色（图 2-1 a）。蚜虫的腹管呈圆筒形，颜褐色。蚜虫尾部带有中部稍粗，呈钝器状的圆锥形尾片（图 2-1 b）62,63]。根据高粱蚜特征，选取甘蔗任一寄生有高粱蚜虫的叶片，用已消毒的获取一小部分叶子，置于锡箔纸中放入装有液氮泡沫盒子中。经鉴定和家化之后饲养与无毒的甘蔗幼苗上，约 3h 之后，将新产出的子代幼蚜分别放部装适量水的玻璃瓶中。子代幼蚜可分为两组，一组采用带有黄叶病毒的植株的叶片饲喂；另外一组用未携带黄叶病毒的甘蔗植株的叶片饲喂。两代幼蚜均放于湿度 80%，20℃，光照时间 16 h 的培养箱内培养，饲养两周利用 RT-PCR 检测两组蚜虫的甘蔗黄叶病毒检测。

样品质量,蚜虫,甘蔗,高粱蚜

3 结果3 结果量检测A 公司的植物核糖核苷酸提取试剂盒和生工的和高粱蚜的 RNA。经 Nanodrop 检测浓度都在值为 1.95-2.16，A260/A230 的比值为 2.00-2.23，糖电泳结果（图 3-1）显示 CP72-1210 和 ROC28s 和 28s 三条清晰的条带，高粱蚜具有清晰的样品满足后续反转录的要求，可用于后续实验
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.661

【参考文献】