基于转录组测序的小麦抗秆锈病机制初步探究

发布时间：2020-06-09 16:41

【摘要】：小麦秆锈菌(Puccicinia graminis Pers.f.sp.tritici)夏孢子侵染小麦,其致病导致的小麦秆锈病是一种能伴随高空气流传播的跨洲际农业生产病害。目前对于小麦秆锈菌侵染小麦的机制尚不清楚,小麦对于小麦秆锈菌的免疫防御机制也很少被报道。小密穗(Little Club,LC)是Stak man经反复筛选,确定的12个标准鉴别寄主之一。LC虽然不是主栽品种,但是LC是万能高感小麦品种,被认为不含对小麦秆锈菌的抗病基因。因此,LC十分适合研究小麦秆锈菌侵染小麦的组织学和分子机制上的研究。小麦秆锈菌侵染小麦3天吸器形成,完成侵染阶段;侵染小麦6天完成产孢,秆锈病发病阶段开始。因此,我们选取中国高毒力频率小种小麦秆锈菌菌株34MKGQM接种LC 3天和6天的样品进行转录组测序研究,得到结果如下:1.转录组测序发现了114429个显著差异性基因,其中GO功能分析,LC接菌3天后,共有24类功能基因被激活;LC接菌6天后,共有26类功能基因被激活,两者GO功能分析都检测出:包含植物激素信号、转运功能、细胞组成和生物合成等功能基因。2.代谢通路分析:LC接菌3天后共30条代谢途径被激活,6天后35条代谢途径被激活。这两组包括激素代谢途径、氮素代谢途径。其中激素信号通路中有5种激素显著上调(log_2~(FC)log_2~(1.5),log_2~(FC)log_2~(0.5),p0.05)分别为ET、IAA、ABA、GA_3、BR。3.qRT-PCR验证5种激素样品与转录组测序趋势一致上调。外源喷洒5种激素接菌试验结果显示,ET、IAA、ABA和阴性对照组侵染型“4”型一致,GA_3、BR和阳性对照SA试验组侵染型“3”型一致,说明ET、IAA、ABA对调节小麦抗秆锈病不起作用,GA_3、BR能增强小麦抗秆锈病作用。4.系统分析进化树显示,小麦AMT蛋白与水稻AMT蛋白同源性最高,暗示小麦AMT在小麦中也能发挥运输NH_4~+能力。qRT-PCR检测显示,小麦根、茎秆、叶和花组织中,TaAMT1;1a,TaAMT1;1b,TaAMT1;3a表达量最为丰富,而其他TaAMT基因表达量很少。明尼2761和LC接菌后,qRT-PCR检测发现在侵染小麦0-48h时间内,LC体内TaAMT1;1a,TaAMT1;1b和TaAMT1;3a的表达量显著上调,明尼2761体内TaAMT1;1a、TaAMT1;1b、TaAMT1;3a的表达量无明显变化。含氮和无氮试验显示,无氮条件下小麦秆锈菌对LC侵染型显著降低,由“4”型到“3”型。这些研究说明小麦AMT1可能参与负调控小麦抗秆锈病作用。
【图文】：

转录组,实验流程

转录组实验流程图

流程图,转录组,数据分析,流程图

图 1-2 转录组数据分析流程图Fig 1.2 Transcriptome data analysis flow chart植物抗病中的研究应用病的研究中，被报道采用RNA-seq技术对接种禾谷镰刀菌后的小学分析，发现了JA信号通路被激活，而ET信号通路被抑制，从而揭示该品种抗赤霉病的部分机理（Xiao et al，，2013）。有白粉菌分别接种小麦品系N9134后进行转录组测序分析，发现侵染寄主后激活的基因与信号通路各有不同，并且白粉菌侵染信号通路与基因，揭示了小麦在抵抗不同病原菌侵染过程中转步挖掘克隆抗病基因具有指导作用（Zhang et al，2014）。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.121.41

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