根肿菌侵染大白菜初期转录组分析

发布时间：2020-06-12 02:26

【摘要】：大白菜根肿病是中国大白菜高发病症,此病会导致大白菜产量的大幅度降低,但大白菜抗根肿病分子机制尚不清楚。本研究以根肿菌优势生理小种4号小种侵染大白菜感病品种‘SN742’,结合显微观察取根肿菌侵染初期根系及同时期未侵染对照进行转录组测序分析,结合聚类分析、qRT-PCR技术及生物信息学手段分析大白菜抗根肿病可能的分子机制。并以感病品种‘SN742’和抗病品种‘SN205’作为试验材料,在根肿菌侵染的各个时期,对根部的过氧化物酶(POD)、水杨酸(SA)及茉莉酸(JA)含量进行测定,得到如下结果:1.通过使用不同浓度(8.89×10~5、9.76×10~5、1.08×10~6、1.21×10~6、1.38×10~6、1.6×10~6)(个/mL)的根肿菌4号生理小种结合琼脂糖覆菌法对大白菜感病品种‘SN742’进行侵染,使用显微压片观察技术发现1.21×10~6个/mL的菌液浓度为最佳侵染浓度,而侵染后第8天为侵染的最佳时间点。2.通过对根肿菌侵染初期大白菜根部进行RNA-seq分析,发现在大白菜与根肿菌互作过程中表达量变化较多的基因分别来自NBS-LRR类抗病相关基因、代谢途径、PRRs、自噬相关基因、刺激响应相关基因以及转录因子相关基因等。3.对抗、感材料侵染期及发病期根部的POD活性检测,发现根肿菌侵染后POD活性显著提高,但在侵染期和发病期提高程度不同,抗病材料发病期变化不明显。表明POD在根肿菌侵染大白菜根部初期及感病材料发病时期均起到了一定的保护作用。4.通过对抗、感材料侵染期及发病期根部的SA含量检测,结合转录组测序的结果,发现有多个SA相关基因参与了根肿菌与大白菜互作的过程;SA含量在接菌后上调显著,而且发病期明显高于侵染期值,而且SA含量也与材料有关,因此认为SA可能是导致白菜的抗病品种对根肿菌有所抵御的原因之一。5.通过对抗、感材料侵染期及发病期根部的JA含量检测,结合转录组测序的结果,发现多个JA相关基因参与了侵染期根肿菌与大白菜互作的过程,JA含量在不同材料中接菌前后变化相反的,感病材料接菌后JA含量上调,而在抗病材料中接菌后含量下降,也说明茉莉酸含量变化与材料抗性反应有关。综合以上试验结果,我们认为在根肿菌侵染大白菜初期,起主要调节作用的基因主要是抗病相关基因、PRRs、过氧化物酶相关基因、水杨酸类相关基因及茉莉酸类相关基因等,POD,SA,JA等可能是大白菜抵抗根肿菌侵染中重要的信号分子。该试验结果为明确大白菜抵抗根肿菌侵染的分子机制提供了重要线索。
【图文】：

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芸薹属根肿病及其起源病，是一种全球性土传性的真菌病害，且专属于十字花科以及其作物的大幅度减产（Chen et al. 2018）。被侵染的植的侵染进而导致了根肿的发生（Vance et al., 1980）。根肿物萎蔫、发育迟缓、叶片发黄以及植株成熟前衰老等（被发现起源于 13 世纪的欧洲（吕佩珂，1992），而且也是之一，严重情况下会导致大白菜的绝产。根肿菌侵染大白有两部分，分为皮层侵染阶段和根毛侵染阶段（杜艳等阶段，即为孢子在土壤中萌发，一旦有合适的寄主植物，的根毛。而在其生命周期的第二阶段，次级疟原虫在根的产生。根肿产生的后续会导致植物对水分和营养物质的吸弱和种子数量减少等（Kageyama et al., 2009）。

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图 1.2 R 基因的结构和功能（刘胜毅等, 1999）Fig1.2 Structrue and function of R gene 病程相关蛋白 (PRP)在植物抗病中的作用植物在受到病原体的入侵后会产生病程相关蛋白（pathogenesis-related protei）来进行自我保护。病程相关蛋白也是植物源性过敏原的主要来源之一（Mau 014）。这些蛋白质是由植物在受到诸如微生物和昆虫侵染、受伤、暴露于恶劣化质及大气条件下作为防御反应系统而诱导的，后发现当真菌、细菌、病毒及其他物侵染植物后也会诱导病程相关蛋白的产生。经研究表明，植物在受到病原物的后，植物体内病程相关蛋白基因会上调表达，通过调控病程相关蛋白基因的表达御外界的侵染而使植物产生抗病性（Yang et al., 2015）。其中 PR-1 蛋白是在烟草病毒侵染的烟草中首次发现的 14 到 17 kDa 小分子蛋白。作为病程相关蛋白的一员，几丁质酶存在于多种生物体中，催化真菌细胞壁的主分几丁质的葡萄糖胺聚合物中 β-1-4-键的水解（Xu et al., 2016）。最近的研究发
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S436.341.1

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