红光提高西瓜抗南方根结线虫的分子机制研究

发布时间：2020-05-08 06:20

【摘要】：西瓜(Citrullus lanatus)是全球重要的经济作物和夏季消暑水果,然而南方根结线虫(Meloidogyne incognita)的发生严重影响了西瓜的产量与品质。本研究发现红光能够显著减轻西瓜受南方根结线虫的危害,且主要是通过诱导植物的抗性机制起主要作用。西瓜全基因组测序数据于2013年已经完成,本研究利用转录组和代谢组学分析不同处理间差异基因、差异代谢物和代谢通路,探讨红光提高西瓜对南方根结线虫的抗性机制。所得主要结果如下:1、以西瓜(西农8号)为实验材料,利用发光二极管(LED)对四叶期的西瓜幼苗植株照射红光(red light,RL)200μmol·m~(-2)·s~(-1)(光子通量密度)21天。红光照射下西瓜受南方根结线虫危害减轻,西瓜根部的根结数目下降,整株及根部鲜重干重增加,电导率和丙二醛值降低。红光处理下接种线虫后第7天引起PR1和WRKY70基因转录水平的显著上调,同时提高了植株叶片和根部酶促抗氧化剂,非酶促抗氧化活性(GSH-ASA),与水杨酸、茉莉酸等激素的含量。2、以西瓜(西农8号)为实验材料,利用高通量RNA-seq技术分析红光与根结线虫处理西瓜后的基因表达差异以及具体抗性机制,采用Illumina HiSeq高通量测序平台对四个处理(CK/RL/RKN/RL+RKN)的cDNA文库进行测序。总测序共获得92.40Gb Clean Data,共获得617,364,140个total reads,共获得到540,035,389个mapped reads。对以上序列进行功能注释,包括COG、GO、KEGG等数据库的比对,共得到355个差异基因,挖掘到811个新基因,其中547个的到功能注释,且不同样品中的基因表达量有显著差异,其中WRKY基因家族、MYB基因家族、TIFY基因家族和乙烯反应因子(ERF)家族基因均上调表达。3、以西瓜(西农8号)为实验材料,基于超高效液相色谱的靶向代谢组学分析技术,利用HILIC UHPLC-Q-TOF MS技术结合数据依赖采集方式对样本进行全谱分析,随后采用XCMS对一级质谱和二级质谱数据进行峰提取和代谢物鉴定。原始质谱数据经过XCMS预处理后正离子模式检测到4596个峰;负离子模式检测到4732个峰。比较四个处理间(CK/RL/RKN/RR)在正离子和负离子模式下的差异代谢产物,结果表明糖类差异代谢物中棉子糖、蔗糖、蜜二糖、水苏糖含量下降和果糖、甘露糖、葡萄糖含量上升;三羧酸循环差异代谢物中苹果酸含量上升;氨基酸和有机酸类中苯丙氨酸、异亮氨酸、胞嘧啶核苷、鸟嘌呤核苷、脱氧鸟苷琥珀酸、棕榈酸等都上升。在KEGG代谢通路中主要富集在植物激素的生物合成、苯丙氨酸代谢、泛醌和其他萜类生物合成。
【图文】：

红光,结线,白光,根结

数据均采用统计软件SAS 8.1 (SAS Institute Inc, Cary, North Carolina,数据进行方差分析(ANOVA)，均值与Duncan的多组极差检验(p<0.0与分析对西瓜南方根结线虫发生的影响株接种线虫后，测定白光和红光处理植株根部根结数（2.1-A）,红量均有明显下降。统计每株西瓜幼苗总根结数量，红光处理比白光；白光和红光处理对西瓜根结线虫根部染色和镜检（2.1-B）。与对L-RKN 处理的 MDA 值显著升高，，RL 处理无明显差异（2.1- C）。R处理的 MDA 值分别为 2.08mmol/g 和 1.96mmol/g，比对照上升 1-RKN 处理 MDA 值显著下降，与 RKN 相比下降 5.9%。线虫处理系电导率显著上升（2.1- D）。与对照相比，RKN 和 RL-RKN 根系%和 35.1%，RL 处理无明显差异。然而，RL-RKN 处理比 RKN 处降 25.9%。

植株叶片,根部,西瓜,结线

处理导致 PR1 和 WRKY 70 基因转录水平也急剧上调，接种第 7 天达到高WRKY 70 基因外)。如图 2.2 所示，接种第 7 天时，RL- RKN 植株叶片 P录水平分别比对照和 RKN 单独处理提高 8 倍和 7 倍。RL- RKN 植株根中转录本逐渐增加至接种第 14 天，而植株叶片在接种第 7 天后，PR1 基因平均下降，WRKY 70 基因与植株叶片 PR1 基因的转录水平一致。如图 2.3 所示，RL-RKN 和 RKN 处理均显著提高植株叶片和根部 AICS 基因的转录水平，但叶片中的 ICS 基因除外。与 RKN 相比，RL-RKN株叶片和根部 ICS、AOS 和 LOX 基因转录水平在接种第 7 天时升高。
【学位授予单位】：江西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S436.5

【参考文献】