油菜抗根肿病品种主要生化指标及转录组分析

发布时间：2020-06-18 04:56

【摘要】：十字花科根肿病是由专性寄生菌即芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae Woron.)引起的重要的世界性土传病害之一。该病大面积流行蔓延,可以引起十字花科油料和蔬菜作物质量和产量的严重下降。因根肿菌是土传的专性寄生菌,防治根肿病非常困难,目前最有效的防治方法是选育抗病品种,因此探索植物抗病机制成为目前选育抗病品种的重要依据。本研究在前人的基础上,以两种油菜品种为试验材料,对油菜的抗病生化机制及分子机制进行研究,研究内容包括两个油菜品种温室盆栽试验、根毛侵染率和皮层侵染数对油菜抗感性的验证;油菜抗、感病品种接种根肿菌后,苗期根内防御酶系、转化酶和非酶类物质(MDA、可溶性糖和可溶性蛋白)与寄主植物抗病性的关系;抗、感病油菜品种接种根肿菌后,激素信号传导相关基因及防御反应相关基因的差异。1两个油菜品种抗感性的室内测定采用温室盆栽试验,结果表明,中双11号的发病率和发病指数分别为74.4%和46.0,表现为感病,而6M80的发病率和发病指数分别为37.8%和10.2,表现为抗病。采用水培法,通过对两个油菜品种根毛及皮层的显微统计,发现中双11号的根毛侵染率和皮层侵染个数显著高于6M80,接种9d后中双11号的根毛侵染率达到峰值为63.0%而接种11d后6M80的根毛侵染率达到最大为42.0%,表明根肿菌的主要侵染时期为3-15d。2油菜根肿病主要生化指标差异分析以抗(6M80)、感(中双11号)两个油菜品种为研究材料,采用水培接种的方法,测定接种根肿菌前后,油菜根部CAT(Catalase,CAT)、SOD(Superoxide dismutase,SOD)、POD(Peroxidase,POD)、PPO(polyphenol oxidase,PPO)、转化酶、MDA(Malondialdehyde,MDA)、可溶性糖及可溶性蛋白的差异,研究结果表明:侵染后期抗病材料6M80中CAT活性显著高于感病的中双11号,且接种根肿菌前后,SOD和POD的活性显著高于感病材料中双11号,即CAT与油菜抗病性相关,而SOD和POD与油菜抗病性呈正相关;6M80和中双11号之间不存在显著性差异,说明PPO与油菜抗病性不相关。接种根肿菌后,抗病的6M80根内的转化酶活性显著高于感病的中双11号,即两者之间存在显著性差异,表明油菜抗病性与转化酶相关。接种后,感病的中双11号根部的MDA含量显著高于抗病的6M80,而6M80根内可溶性糖含量显著高于中双11号,即油菜抗病品种6M80与油菜感病品种中双11号中MDA和可溶性糖存在显著性差异,但是,两者根内的可溶性蛋白不存在显著性差异,因此MDA和可溶性糖与油菜抗病性相关而可溶性蛋白与油菜抗病性不相关。3抗、感病油菜品种接种根肿菌后差异表达基因分析利用RNA-seq技术对接种0d、3d、6d、9d、12d的油菜抗(6M80)、感病(中双11号)品种的根部进行测序,共获得条379,841,406条clean reads。统计结果表明,抗病的6M80接种根肿菌前和接种后的几个时间点之间存在6,607个差异表达基因(different expression genes,DEGs),而感病的中双11号接种前和接种后的几个时间点存在2,499个差异表达基因。将DEGs进行功能注释,表明大多数DEGs参与信号传导、生物代谢、转录过程及防御机制。根肿菌侵染油菜抗、感品种即6M80和中双11号后,分别存在82和72个与防御酶相关的基因,结果表明,与CAT和SOD相关基因过氧化氢代谢,POD相关基因参与木质素生物合成,CAT、SOD和POD相关基因在每个接种时间点的表达量与其活性基本相一致,6M80和中双11号中与CAT和SOD相关的基因普遍上调,6M80中POD相关的基因普遍上调,但是在中双11号中与POD相关的基因在接种6d后下调。受根肿菌侵染后,抗病材料6M80和感病材料中双11号中分别存在46个和23个与植物-病菌互作途径的基因,结果表明,抗病品种中钙离子流结合蛋白、突发性活性氧化酶、病程相关蛋白和热激蛋白相关基因表达上调,促进了过敏性坏死反应(hypersensitive necrosis reaction,HR)反应,而感病品种中钙离子流结合蛋白和突发性活性氧化酶相关基因下调。接种根肿菌后,在抗病品种(6M80)和感病品种(中双11号)分别发现32个和15个与水杨酸(Salicylic acid,SA)、茉莉酸(Jasmonic acid,JA)、乙烯(Ethylene,ET)信号相关的差异表达基因,分析表明,根肿菌侵染油菜后,抗病的6M80中水杨酸信号传导途径被促进而茉莉酸和乙烯信号传导途径被抑制,而感病的中双11号中水杨酸信号传导途径和乙烯信号传导途被瞬时激活,最终水杨酸、茉莉酸和乙烯信号传导信号均被抑制。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.654
【图文】：

水培,油菜,株数

西南大学硕士学位论文5min 取沉淀，重复 3 次后用无菌水定容至 100ml，用血球计至 1×107个/ml 备用。利用水培法(图 2-1)[152]接种催芽 4d 的病调查根肿菌水培 20d 后，将油菜苗移入 10×6.5×9cm 装有珍珠岩室中培养 40d 后取材料进行发病统计调查（图 2-2）。每，统计幼苗发病数及发病级别，通过 9 级病害分级标准(如3-1,2.3-2）,统计根毛侵染率及病害指数。/调查总株数)×100%（2.3-1）级发病株数×级数)/(调查总株数×最高病情级数)×100（2.3-群体抗性分级标准依据病情指数（index of disease，ID）高抗：0＜ID≤10；抗病：10＜ID≤20；耐病：20＜ID≤3

油菜,侵染,皮层,根毛

染率及皮层侵染个数统计接种根肿菌 3、5、7、9、11、13、15d 后的 6M80 和中双 1于光学显微镜下观察根毛和皮层侵染情况，每株观察 100 根根生物学重复，统计根毛侵染率。根毛侵染率（%）=（侵染根0%。接种第 6、7、9、11、13d 和 15d 后观察皮层侵染情况，重复 3 次，并统计皮层侵染数。分析栽发病统计肿菌的油菜中双11号和6M80的发病情况进行统计，结果表明的发病率分别为47.4%和37.8%且发病指数分别为46.0和10.2（双 11 号和 6M80 接种根肿菌后发病率和发病指数分别之间存图 2-2 室内盆栽油菜Fig. 2-2 Canola of seeding growing in pot in greenhouse图 1-2 室内盆栽油菜Fig.2-2 Canola of seeding growing in pot in greenhouse

【参考文献】