小麦孢囊线虫与寄主亲和互作转录组分析及效应因子基因Ha-63744功能初步分析

发布时间：2020-11-07 14:36

　　 小麦孢囊线虫(CCN)对全球小麦生产造成了严重威胁。对小麦与CCN亲和互作的研究可以提高我们对CCN调控宿主发育,免疫及代谢途径的理解,并进一步有针对性地开发新的控制策略。在本研究中,我们对小麦感病品种温麦19(Triticum aestivum L.cv.Wen19)进行了转录组分析。对接种CCN后第1,3和8天(dpi)的Wen19根组织样品进行了RNA-Seq测序分析。共鉴定了71569个基因,其中10929个基因为响应CCN侵染的差异表达基因(DEGs)。基于功能注释和GO分析发现,蛋白质磷酸化,氧化还原过程,代谢过程,转运,转录调节,抗性响应以及许多其他先前报道的途径在转录水平上富集。植物细胞壁水解和修饰蛋白,生长素生物合成,信号传导和转运蛋白在线虫侵染后上调,可能与小麦孢囊线虫侵入,在根内迁移及合胞体的建立相关。响应伤害和茉莉酸刺激相关基因在1dpi上调表达基因中富集,但在3dpi和8dpi中没有富集。我们发现16个NBS-LRR差异表达基因,其中12个在3dpi下调,表明进一步的抗性反应被抑制。在CCN侵染期间,抗氧化酶,谷胱甘肽S-转移酶和UDP-葡糖基转移酶的基因表达水平显著上调,可能是小麦Wen19与CCN亲和互作的关键调节因子。总之,通过转录组方法获得的结果表明,氧化还原过程,抗性诱导和抑制,代谢,转运相关基因可能参与Wen19与CCN的互作,为小麦与CCN互作潜在的机制研究提供了新的见解。同时线虫效应因子的研究对线虫防控具有重要意义。本研究同时以小麦孢囊线虫效应因子Ha-63744为研究对象,明确了其由线虫食道腺细胞分泌,在宿主中定位于细胞核,在CCN 6个龄期均表达,但在发育后期表达量高。利用体外RNAi及VIGS沉默靶基因,能够显著降低其侵染率和雌虫数量,拟通过超表达研究其对宿主根发育及线虫致病性的影响,从而验证Ha-63744基因功能,揭示该效应因子在线虫侵染、发育、致病及与宿主互作过程中的功能,为控制其爆发和促进我国小麦的稳定健康生产提供新思路。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士后
【学位年份】：2019
【中图分类】：S435.121.49
【部分图文】：

ｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ?ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ?ｇｅｎｅｓ?（ＤＥＧｓ）?ｏｆ?Ｗｅｎ?１９?ｉｎ?ｒｅｓ．??Ｎｏ．?ｏｆ?Ｎｏ．?ｏｆ?ＤＥＧｓ?Ｎｏ．?ｏｆ?ＤＥＧｓ?ｉｎ?Ｎｏ．?ｏｆ?ＤＥＧｓ?ｉｎ?Ｎｏ．?ｏｆ??ＤＥＧｓ?ｉｎ?ＮＲ?Ｓｗｉｓｓ－Ｐｒｏｔ?ＫＥＧＧ?ｉｎ?Ｃ３６４９?２９８２?２３７７?Ｈ３６?１５０６０２９?５２２８?４１０３?３７４７?２５５１２５１?１０３７?７９０?６９７?４７１０９２９?９２４７?（８１．７２％）?７２７０?（７９．５５％）?５５８０?（５１．０６％）?５４３（４９．７５图结果表明，在７９２５个上调基因中，共有２４０个基因在３个时间点内连续上调，两个时间点上调表达，包括１２４１个基因在１和３?ｄｐｉ时间点上调表达，２６５个时间点都上调表达，以及５３８个基因在３到８?ｄｐｉ时间点上调表达。仅在１，?达的基因数量分别为１２４７，?２９２８和３８２个（图ｌａ）。只有３个基因在〗ｄｐｉ，间点都显著下调（图ｌａ）。共有２４２个基因在任何两个时间点下调表达，包１和３?ｄｐｉ时间点下调表达，６个基因在１和８?ｄｐｉ时间点下调表达，以及４０ｄｐｉ时间点下调表达。仅在ｌｄｐｉ，３ｄｐｉ和８ｄｐｉ的独特下调的基因数量分别为９３１（图ｌｂ）。??

在ＣＣＮ侵入根部ｌｄｐｉ时，发现２１７８个ＤＥＧｓ（ＦＤＲ＜０．００１），其中１２４７个上调，９３１??个下调。上调表达基因富集分析表明，１０１个基因参与蛋白质磷酸化，７５个基因涉及代谢过??程，４０个基因参与转运和跨膜转运，并且３２个基因参与转录调控（图２ａ）。植物细胞壁修饰??可以促进线虫的入侵和移动。我们发现１２个与植物型细胞壁相关基因由ＣＣＮ诱导表达（图??２ａ）。氧化还原过程中的基因，对伤害的反应和对茉莉酸刺激的反应基因在上调基因中极大地??富集，这表明在线虫侵入的早期诱导了宿主抗性（图２ａ）。而转录，转录调控，ＲＮＡ甲基化，??氧化应激反应，蛋白水解，囊泡介导的转运，脂质代谢过程基因在下调表达基因中富集（图??２ｄ）。??在ＣＣＮ侵入根部３?ｄｐｉ时，发现４２５１个ＤＥＧｓ?（ＦＤＲ?＜０．００１），其中２９２８上调，１３２３??下调。ＧＯ富集分析显示，参与蛋白质磷酸化，氧化还原过程，转录调控，代谢过程，跨膜转??运的基因在３ｄｐｉ上调和下调基因中都富集（图２ｂ，ｄ），但囊泡介导的转运，信号转导在下??调表达基因中富集（图２ｄ）。??在８?ｄｐｉ时，ＧＯ富集显示参与蛋白质磷酸化，应激反应，氧化还原过程，防御反应和代??谢过程

第三章小麦孢囊线虫效应因子基因Ｈａ－６３７４４功能初步分析???３．１．８拟南芥超表达基因，分析其对植物根发育及线虫侵染的影响??采用Ｇａｔｅｗａｙ法将幻７＃基因的ＣＤＳ序列重组到带有ｅＧＦＰ和潮霉素抗性标记的双元??载体ＰＨ７ＷＧ２Ｄ中（Ｏｋａｍｏｔｏｅｔａｌ．，２００９）。冻融法导入到农杆菌ＧＶ３１０１中，通过花浸法转化??拟南芥，筛选纯合子（Ｂｅｒｎｈａｒｄｔ?ｅｔａｌ．，?２０１２；?Ｃｌｏｕｇｈ?ａｎｄ?Ｂｅｎｔ，?１９９８）。观察超表达基??因对植物根系发育的影响，同时接种小麦孢囊线虫３００头，观察对线虫侵染及致病的影响。??３．２结果??３．２．１小麦孢囊线虫候选效应因子基因幻７＃克隆与序列分析??在前期转录组研究数据中获得基因序列，通过ＰＣＲ技术获得ＯＲＦ全长（图４）。??采用ＳｉｇａｌＰ３．０和ＴＨＡＭＭ软件预测其具有信号肽但不含有跨膜结构域的序列（图５）。??
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本文编号：2874080