罗汉果根系与南方根结线虫早期互作的转录组和代谢组研究

发布时间：2020-05-18 21:25

【摘要】：罗汉果(Siraitia Grosvenorii)是药食两用的雌雄异株经济植物,主要生长于广西北部。在种植中罗汉果植株极易受南方根结线虫的侵染,导致减产,严重的甚至会导致植株死亡。因此,探究罗汉果与南方根结线虫之间的相互作用机制,挖掘罗汉果受根结线虫影响较大的基因,为罗汉果根南方结线虫的有效防治,以及抗虫品种的育种提供依据,在理论和实践方面均有较大意义。本研究是以罗汉果幼苗根为材料,对罗汉果受到南方根结线虫侵染后的不同时间点进行取样,对其进行转录组和代谢组分析。利用Illumina HiSeq高通量测序平台进行转录组测序,对测序结果进行GO功能注释、KEGG通路注释以及不同处理之间差异表达基因的分析,从而筛选出与南方根结线虫影响相关性较高的差异基因。同时,利用LC-MS非靶向代谢组学技术,探讨受南方根结线虫侵染后罗汉果根系在代谢组水平上的变化。从转录组和代谢组这两个组学角度来探讨罗汉果与根结线虫之间的分子作用机制。研究的主要结果如下:1、通过对罗汉果接种南方根结线虫后不同时间点的根结及线虫的发育情况观察,发现接种线虫4d后罗汉果已经形成了根结,说明线虫进入罗汉果根内并建立取食点导致罗汉果根形态的变化是在接种线虫后4d左右。2、通过对受到南方根结线虫侵染不同时间的罗汉果根系样本进行转录组测序,共有5252条Unigene是在NR、GO、KEGG、eggNOG、Swiss-Prot等数据库中都被功能注释了。通过对差异表达基因进行统计分析,发现罗汉果在接种南方根结线虫的7d,差异表达基因数目最多。根据KEGG代谢通路的分析,差异基因主要富集在植物激素转导途径、植物与病原菌互作途径、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成、糖类代谢、p53信号通路、脂肪酸代谢、生物碱生物合成等通路上。发现参与高表达的差异基因多与合成乙烯、脱落酸、生长素和茉莉酸等激素,以及AP2/ERF、WRKY、MYB等转录因子、病程相关蛋白及过氧化物酶、过氧化氢酶、酪氨酸解氨酶等次级代谢产物相关。这些基因可能在根结线虫侵染中具有重要作用。3、为了验证转录组测序的结果的准确性以及与互作机制相关的基因的表达情况,从差异基因中挑选了14个基因进行RT-PCR验证。结果显示测序结果是真实可靠的。4、基于LC-MS代谢组学方法研究罗汉果接种南方根结线虫7d的代谢产物的种类及其含量变化。通过PCA、PLS-DA、OPLS-DA多变量统计方法结合T-test单变量统计方法进行分类判别和潜在标志物的筛选,结果发现接种线虫的7d与接种前比较,罗汉果苗根内的代谢产物发生了明显的变化。采用XCMS软件对代谢物离子峰进行提取,检测到的物质峰,正离子峰有17843个,负离子峰有10799个。最终定性的代谢物有226个,正离子代谢物有144个,负离子代谢物有82个。通过比较罗汉果接南方根结线虫后7d与接种前的变化趋势,找到了12个最为显著的差异代谢产物,含量累积的代谢物有甜菜碱、3-羟基癸酸、烟酰胺、二乙醇胺、棕榈酸、磷酸乙醇胺,含量下降的代谢物有苯丙氨酸-酪氨酸、迷迭香酸、蔗糖、α,α-海藻糖、肉豆蔻酸。甜菜碱和海藻糖在植物胁迫中起着重要的作用,参与植物响应生物胁迫的代谢途径,在罗汉果苗接线虫的7d大量生成,可能参与了罗汉果苗对南方根结线虫的侵染反应。差异代谢物的KEGG通路富集分析表明,差异代谢产物主要富集在角质、丝氨酸和蜡质的生物合成和ABC转运蛋白通路上。
【图文】：

南方根结线虫就已经侵入到植物体内，有微小的根结产生（图 2-1, 2dpi），随着侵染时间的延长，根结的形态发生变化开始膨大（图 2-1, 4dpi），在第 7d 的时候根结变得最大（图 2-1, 7dpi）。从根系的染色情况上来看，在接种第 2d 的时候发现了有二龄线虫（J2）侵入到罗汉果幼苗根内，到接种后的第 4d 和 7d，线虫的体积明显比第 2d 的有变化，在罗汉果体内根结线虫体宽比接种 2d 的时明显增加。可能是根结线虫在植物体内建立取食位点，从植物细胞中吸取了自身发育所需的营养开始发育膨大。0dpi 2dpi 4dpi 7dpi

图 2-2 根总 RNA 凝胶电泳结果图Fig.2-2 The gel electrophoresis of total RNA序结果分析序质量评估na 平台对罗汉果幼苗根受南方根结线虫侵染后的不数据如表 2-2，Reads No.表示原始数据的数量；N(%例；Q20(%)和 Q30(%)分别表示过滤前的碱基识别所占百分比。可以看出 Q20(%)值均在 97%以上，Q数据的整理和过滤，，得到了 8G 高质量 Clean read)表示数据处理后的Reads数和碱基数。Clean Reads的高质量序列 reads 占测序 reads 和碱基占测序碱基和 Clean Data %值均在 99%以上。综上说明测序结
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.672

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本文编号：2670330