本氏烟响应水稻条纹病毒胁迫的多组学分析
发布时间：2020-08-22 03:01
【摘要】：水稻条纹病毒(Rice stripe virus,RSV)寄主范围广泛,能感染水稻、大麦、小麦和玉米等多种植物。RSV主要通过介体灰飞虱进行传播,并能在带毒灰飞虱体内进行越冬,是水稻条纹叶枯病的病原。水稻条纹叶枯病发生时,水稻叶片常出现黄绿色不间断条纹,有时还会萎缩成枯心状,发生严重褪绿并卷曲直到心叶枯死。本氏烟生长速度较快且易于栽培管理,能在室内通过摩擦接种方式进行RSV的稳定接毒,它是研究植物与病原互作的重要模式植物。本课题通过对RSV接种10天的本氏烟叶片进行了较为全面的系统生物学分析(包括转录组学、蛋白质组学、磷酸化蛋白组学和代谢组学),在基于多组学研究成果的基础上对RSV侵染植物的致病机制进行了积极有益的探索。主要研究结果如下:1、基于RNA-seq的差异转录组学研究RSV的侵染总共引起本氏烟叶片内560个基因在转录水平上发生了1.5倍以上的差异变化(p-value0.05),其中上调基因350个,下调基因210个。基因本体分析(Gene ontology,GO)发现差异基因主要与大分子复合体、膜蛋白和细胞器蛋白相关,并且具有分子连接功能。京都基因和基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)注释分析显示RSV侵染显著影响了本氏烟叶片卟啉与叶绿素代谢、光合作用和糖酵解三条代谢通路。通过设计特异引物,实时荧光定量PCR实验结果表明:17个验证基因中有14个差异基因定量结果与RNA-seq结果总体趋势一致,两者实验结果重现性良好。2、非标记定量差异蛋白质组学研究经过严格筛选,我们总共鉴定到感染RSV的本氏烟中有963个蛋白差异变化在1.5倍以上,其中249个蛋白在病毒侵染后消失,316个蛋白在病毒侵染后新表达。我们对这963个差异蛋白进行了GO和KEGG分析,发现差异蛋白在叶绿体和蛋白酶体中富集程度最为明显,预示RSV侵染对这两类蛋白表达水平影响最大。通过制备抗体,我们进一步对其中一个叶绿素代谢相关的差异蛋白Niben101Scf04007g02007.1进行了免疫印迹半定量实验,结果表明蛋白质组学结果与免疫印迹实验定量结果表现出较好一致性。3、非标记定量差异磷酸化蛋白组学研究研究发现RSV侵染使本氏烟体内392个蛋白中的554个磷酸化位点发生了磷酸化修饰水平的显著改变。KEGG分析表明这些磷酸化蛋白广泛参与了丙酮酸代谢、光合作用、次生代谢物的生物合成、氧化磷酸化和植物-病原体相互作用等多种重要的生物学过程。进一步的结构域分析表明,RSV侵染对蛋白磷酸化修饰的位点偏好性主要集中在SP,P*S和S*P三种保守序列类型。4、基于液相色谱质谱联用的差异代谢组学分析多元统计分析显示对照组和RSV处理组聚类清晰、代谢组差异明显。代谢组学分析总共定性鉴定到87种差异代谢物,其中差异变化倍数在1.5倍以上的代谢物有53种,发现了烟酸、生物碱和萜类等次生代谢物生物合成途径、光合作用和丙酮酸代谢等多条通路中的小分子代谢物含量发生显著改变。5、多组学联合分析综合差异转录组、蛋白组、磷酸化蛋白组和代谢组学的研究结果,我们通过生物信息学手段综合分析发现:RSV侵染从转录、翻译、翻译后修饰到代谢物四个水平上共同影响到了丙酮酸代谢、CO2固定反应、次生代谢物生物合成、糖酵解/糖异生和丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢这五条重要的代谢通路,其中CO2固定反应严重受阻是本氏烟响应RSV侵染的标志性事件。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.111.4
【图文】：
产区[3-5]。科学家在 1975 年首次从水稻中分稻条纹病毒(Rice stripe virus, RSV)粒子[6]。R表种[7]，由介体灰飞虱以持久性方式传播，寄摩擦接种侵染本氏烟[9]，是实验室研究植病毒的研究进展毒结构特点为 RSV 病毒是一类直径 3-8 nm、长度 500单链 RNA 病毒，其基因组包括四条 RNA：具有特殊的编码策略，RNA1 采用负义编码产三条 RNA 均进行双义编码产生其它六个蛋白的命名方式, 将 RNA1- 4 所编码的 7 个蛋白 PC4 (图 1-1)。
术是近些年崛起的一项革命性技术，它可以生物测序提供了新的工具。相对于传统的转进行测序，无需复杂耗时的亚克隆过程，且转录组学技术发展史上的重要突破[34, 35]。R用 DNase 消化 DNA 后，用带有 Oligo（dT）物，则通过试剂盒去除 rRNA 来富集 mRNA，以打断后的 mRNA 为模板, 用六碱基随机应体系合成二链 cDNA，在 cDNA 二链合成再利用 UNG 酶法将含有 dUTP 的一条链进行链；使用试剂盒纯化 cDNA 一链；纯化的 c测序接头，然后进行片段大小选择，最后进使用测序仪（如 Illumina HiSeqTM 2500）进 1-2 所示。
目前常见的差异定量白质组或修饰组学研究线路可分为基于凝胶和非凝胶的两条分析策略（图1-3）[69]。图 1-3 植物蛋白质组学研究一般实验流程Fig. 1-3 General experimental process of plant proteomics基于凝胶的蛋白质组分析技术是指利用蛋白质与特定染料的结合特点，借助于凝胶介质和图像分析软件对已经染色的蛋白点进行统一标准化来实现定量。双向电泳
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.111.4
【图文】：
产区[3-5]。科学家在 1975 年首次从水稻中分稻条纹病毒(Rice stripe virus, RSV)粒子[6]。R表种[7]，由介体灰飞虱以持久性方式传播，寄摩擦接种侵染本氏烟[9]，是实验室研究植病毒的研究进展毒结构特点为 RSV 病毒是一类直径 3-8 nm、长度 500单链 RNA 病毒，其基因组包括四条 RNA：具有特殊的编码策略，RNA1 采用负义编码产三条 RNA 均进行双义编码产生其它六个蛋白的命名方式, 将 RNA1- 4 所编码的 7 个蛋白 PC4 (图 1-1)。
术是近些年崛起的一项革命性技术，它可以生物测序提供了新的工具。相对于传统的转进行测序，无需复杂耗时的亚克隆过程，且转录组学技术发展史上的重要突破[34, 35]。R用 DNase 消化 DNA 后，用带有 Oligo（dT）物，则通过试剂盒去除 rRNA 来富集 mRNA，以打断后的 mRNA 为模板, 用六碱基随机应体系合成二链 cDNA，在 cDNA 二链合成再利用 UNG 酶法将含有 dUTP 的一条链进行链；使用试剂盒纯化 cDNA 一链；纯化的 c测序接头，然后进行片段大小选择，最后进使用测序仪（如 Illumina HiSeqTM 2500）进 1-2 所示。
目前常见的差异定量白质组或修饰组学研究线路可分为基于凝胶和非凝胶的两条分析策略（图1-3）[69]。图 1-3 植物蛋白质组学研究一般实验流程Fig. 1-3 General experimental process of plant proteomics基于凝胶的蛋白质组分析技术是指利用蛋白质与特定染料的结合特点，借助于凝胶介质和图像分析软件对已经染色的蛋白点进行统一标准化来实现定量。双向电泳
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 田英芳;张晓政;周锦龙;;转录组学研究进展及应用[J];中学生物教学;2013年12期
2 祁云霞;刘永斌;荣威恒;;转录组研究新技术:RNA-Seq及其应用[J];遗传;2011年11期
3 付畅;黄宇;;转录组学平台技术及其在植物抗逆分子生物学中的应用[J];生物技术通报;2011年06期
4 邵常荣;张e
本文编号：2800181
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