几种重要植物线虫高通量测序数据比较分析及靶标基因挖掘

发布时间：2017-12-23 08:06

本文关键词：几种重要植物线虫高通量测序数据比较分析及靶标基因挖掘　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：植物寄生线虫寄主范围广、危害大,全世界每年的经济损失高达1500亿美元,孢囊线虫、根结线虫和松材线虫是其中的重要类群,严重威胁我国食物和生态环境安全。本研究对这三类群寄生线虫的基因组或转录组进行了比较分析,进一步挖掘了潜在的效应因子和致死基因,为揭示线虫寄生致病机理、寻找潜在的安全分子靶标提供了重要信息。主要结果如下:利用454FLX+/Roche对燕麦孢囊线虫寄生植物前(卵、一龄幼虫,侵入前二龄幼虫)、寄生后(寄生期二龄、三龄、四龄幼虫、雌成虫和雄虫)两个混合虫态转录组进行了测序和分析。两库测序总量达521 Mb,含1,066,719条reads(其中寄生前551,935条,寄生后514,784条),平均长度488 bp。混合拼接获得的全龄期表达ESTs(包括10,811 contigs和71,401 singletons)中contigs平均长度为1,440bp。构建了与另7种不同生活方式线虫的12,703个直系同源蛋白家族和物种系统发生树,发现固着性植物寄生线虫的神经系统具有特异性。鉴定了与其它线虫在秀丽线虫免疫应答、滞育、神经递质(合成-传递-代谢)等生物学途径、及RNAi途径上同源基因的异同。比对公共数据库所有线虫ESTs,发现燕麦孢囊线虫特异contigs约占15.4%。同物种比较获得3,377条寄生前、后虫态的差异表达contigs。KEGG生物途径关联富集图显示,寄生前线虫虫态在神经和感知、环境信息处理、消化、体循环系统,以及人类疾病相关等途径关联紧密且活跃,而寄生后虫态在代谢、遗传信息处理及细胞生长和死亡等途径显著活跃。定量PCR分析验证6个神经肽(FLPs)在寄生前二龄幼虫期表达量最高并与测序结果一致。通过预测序列的分泌信号肽、碳水化合物酶活性结构域和‘RxLR'结构,以及同源比对已知效应子,结合寄生前、后虫态的差异表达分析,获得了大量潜在效应子推定蛋白,其中包括18个植物线虫同源碳水化合物酶,59个关键效应子的同源序列,并首次获得植物线虫'RxLR'结构推定效应子61个,以及翻译、转录抑制子ANT-5/ANT-34的同源序列。初步验证了 5个效应子功能,其中2个定位在亚腹食道腺表达,2个带‘RxLR'结构域效应子均可抑制BAX诱导的植物细胞凋亡,2个14-3-3蛋白和1个类鞭毛蛋白同源物,可不同程度增强PVX病毒对烟草的致病力。另外,还筛选获得1,734个与秀丽线虫具RNAi致死表型的直系同源基因可作为抗线虫转基因植株的潜在防治靶标。对不同致病力松材线虫和拟松材线虫(由强、弱、到无:‘R-’、‘M-、’型松材线虫、拟松材线虫)基因组序列进行了分泌蛋白质组预测和比较分析。三个组装基因组的大小分别为79.2 Mb、75.9 Mb和69.8 Mb,scaffoldN50大于350 kb,GC含量约占40%。预测分泌组(基因总数)分别为:2,446(17,066)、2,348(17,343)和2,209(16,137).三种线虫分泌信号肽平均长度均为19 aa。每个物种约30%分泌蛋白具Pfam结构注释,且分别有94、88、95个同时具核定位信号。通过分析分泌蛋白组的同源性,获得2,111个三物种multipara-clusters。其中408个为致病松材线虫特有直系同源簇,以及414个强致病R-型松材线虫独有的分泌蛋白编码基因,可作为待选效应子。利用已公布的基因组和基因序列信息,对南方、北方根结线虫以及大豆孢囊线虫进行了 RNAi致死靶标基因预测,筛选去除与植物和人类的同源序列,分别获得了潜在的抗线虫RNAi靶标序列262、306和253个,其中在根结线虫属中共有的靶标序列为104个。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S432.45

【参考文献】