基于互作转录组分析的抗病香蕉品系南天蕉与尖孢镰刀菌互作机理研究

发布时间：2020-11-13 07:36

　　 香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)引起的土传性真菌流行病害,它会造成被感染植株黄化枯萎和大量减产,对香蕉产业极具毁灭性。目前,香蕉枯萎病菌4号生理小种(Foc4)的危害最为严重,广泛栽培的Carvendish巴西蕉(Musa spp.AAA)极易感染Foc4。南天蕉是经组培筛选培育出的巴西蕉新品系,对Foc4具有较强的抗性。为探明南天蕉的抗病机理,挖掘抗病基因,剖析香蕉与Foc4的互作机制,本论文采用互作转录组测序分析实验组南天蕉和对照组巴西蕉在接种Foc4前和接种后第8天的根系转录本(N0、B0、N8、B8);同时分析接种后第8天宿主根系中致病菌Foc4的转录本(Fn8、Fb8),并比较不同样品在转录水平上的异同。各样本测序原始数据碱基数平均值为10991807301 bp,高质量碱基数平均值为10293699555 bp(10 G以上),所有样本高质量数据留存率均高于92.78%。各样本比对到香蕉参考基因组的匹配率介于65.01%~75.33%;而接种Foc4南天蕉和巴西蕉根系样本转录本比对到Foc4参考基因组得总碱基数平均值分别为13221300 bp和23125800bp。分析各组差异表达基因在GO和KEGG富集情况,显示:共有6个通路涉及15个基因为N8/B8组所特有,这些通路包括角质栓质和蜡质的生物合成、糖酵解/糖异生、矿质吸收等。对N8/B8组差异表达基因GO注释分类统计显示,显著上调的生物过程有生物黏附、繁殖、抗氧化活性、酶调节活性、分子结构活性和转运活性;显著下调的生物过程有发育过程、繁殖过程、信号通路、免疫系统过程、负调控过程等。一些编码如病程相关蛋白(PRs)、几丁质酶、转录因子(TFs)等的基因在巴西蕉染病后(B8/B0)显著上调,而在南天蕉(N8/N0)中并无明显变化。值得注意的是南天蕉中编码过氧化物酶相关基因在染病后显著上调,该酶参与苯丙素生物合成促进木质素的生成,而木质素可以强化植物细胞壁阻止病原菌入侵。Fn8与Fb8相比共有711个基因的表达受宿主影响而显著变化,这些差异基因主要富集在肌动蛋白细胞骨架调节、吞噬体、FcγR-介导的吞噬、蛋白酶体、内噬作用等KEGG通路中。Foc4中富集在上述这些与免疫相关代谢通路的基因表现为一致上调;另有4个编码外切多聚半乳糖醛酸酶(PG)的基因显著上调,该酶可降解植物细胞壁。这些结果表明Foc4入侵南天蕉比巴西蕉更具挑战性。通过对香蕉-Foc4互作转录组数据分析,表明抗病南天蕉和易感病巴西蕉对Foc4的宿主-病原菌互作机制不同。南天蕉主要通过强化细胞壁、调控气孔闭合来阻止Foc4的入侵;而巴西蕉可能通过分泌水解酶如几丁质酶来阻止Foc4的寄生。面对入侵南天蕉的强大阻力,Foc4试图通过增加自身黏附能力、分泌水解酶破坏宿主细胞壁以及合成毒素物质来达到入侵的目的。上述这些研究结果将对后续香蕉-Foc4互作机制研究、香蕉抗病新品种的培育以及香蕉枯萎病的防治提供新的思路和一定的参考。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S436.68
【部分图文】：

4图 1-1 香蕉枯萎病菌侵染过程及植株发病症状[14]Figure 1-1 Infection cycle of the banana vascular wilt pathogen Foc（a）大分生孢子 （b）小分生孢子 （c）绿色荧光标记的厚垣孢子 （d）附着在香蕉根上的 Foc4菌丝 （e）香蕉根维管束中的 Foc4 定殖 （f）香蕉根的纵向切片展示 Foc4 菌丝的扩散 （g）叶片黄萎的患病香蕉植株 （h-i）患病植株假茎剖面图1.3.3 致病菌分类及其传播根据尖孢镰刀菌侵染香蕉品种的差异性，可将 Foc 分为 4 个生理小种，其中 Foc1易感染粉蕉、龙牙蕉和大蜜哈；Foc2 易感染中南美洲栽培的棱指大蕉；Foc3 易感染野生蕉、褐尾蕉（Heniconia spp.）；Foc4 易感染矮香蕉（dwarf Cavendish，AAA）、大蜜哈、香芽蕉、Pisang Lilin (AA)、野蕉（BB）、台湾拉屯旦（Taiwan Latundan，AAB）等。因 Foc4 对卡文迪许香蕉致病性的地域差异，又分为热带 4 号小种和亚热带 4 号小

本课题技术路线图

a.田间巴西蕉发病植株 c.南天蕉 0 DPI 叶片 e.南天蕉 8 DPI 叶片 g.南天蕉 8 DPI 剖面b.发病株假茎剖面图 d.巴西 0 DPI 叶片 f.巴西蕉 8 DPI 叶片 h.巴西蕉 8DPI 剖面图 2-1 病情表观特征图Picture 2-1 The apparent characteristic of the disease通过对染病处理后的南天蕉和巴西蕉发病率统计，结果在染病初期，巴西蕉发病率是南天蕉的 2 倍多，随着病程发展，虽然这一比率有所下降，但巴西蕉发病率依旧远远高于南天蕉。虽然实验中南天蕉的发病率明显高于田间的统计数值约 5～10%，这一方面可能与实验中灌根孢子液浓度远高于田间染病区环境中孢子浓度有关；另一方面实验中所用的香蕉苗仅 5～6 片叶龄大小，免疫防御能力可能尚未发育健全。从样本发病率稳定性来看，南天蕉各组标准偏差介于 0.04～0.06，更为稳定；而巴西蕉波动范围介于0.02～0.07，发病率可能受环境因素影响更为敏感。
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本文编号：2881930