哈密瓜响应青霉菌侵染的转录组和蛋白组研究及相关抗性酶变化分析

发布时间：2019-08-09 12:18

【摘要】：哈密瓜为新疆特色瓜果资源,其采后贮运过程中严重的病害侵染现象已成为制约新疆哈密瓜产业发展的瓶颈问题。据统计2014年全疆哈密瓜总产量240万吨,贮运过程中腐烂率高达30%左右。课题组前期研究表明贮藏过程中哈密瓜青霉菌侵染是诱导果实腐败的主要原因,然而目前哈密瓜响应青霉菌侵染的反应机制的研究鲜见报道,果实对病原菌侵染的响应机制明晰已成为哈密瓜腐烂控制技术研究首要解决的关键科学问题。本论文主要通过转录组学、蛋白质组学技术分析青霉菌侵染哈密瓜过程中果实差异表达基因的种类、功能和数量,鉴定与病程相关的重要差异蛋白质,较为深入的揭示了哈密瓜对青霉菌侵染的应答机制,研究成果为开展相关抗性基因和蛋白的表达调控奠定基础,研究获得的具体成果或结论如下:1、转录组分析获得了50502个Unigenes,其中71.28%可以比对到非冗余蛋白数据库(NR)中,经Pathway分析,有49%的Unigenes映射到128个代谢通路上;通过蛋白库比对获得35080个CDS,通过ESTscan预测得到1395个CDS;研究还发现有10526个Unigenes没有获得注释,可能是新发现的转录本,或者是哈密瓜果实区别于其它物种而特有的基因,后期通过多变量验证的方法可实现哈密瓜区别于其它物种的新转录本或者特有基因的挖掘。2、青霉菌侵染不同阶段,哈密瓜果实基因表达显著不同,未侵染和侵染48小时相比,有差异表达基因15089个;未侵染和侵染60小时相比,有14545个。青霉菌侵染48小时,主要上调超氧化物歧化酶、β-葡糖苷酶24、过氧化物酶N1等相关基因表达进行防御;侵染60小时,主要上调富含亮氨酸重复蛋白、过氧化物酶5、钙依赖蛋白激酶8等基因进行防御;在整个侵染过程中几丁质酶I、过氧化物酶73、谷胱甘肽s-转移酶基因持续上调。研究结果表明哈密瓜果实可以通过谷胱甘肽代谢,苯丙烷、苯丙氨酸代谢,类黄酮合成,谷氨酸、蛋氨酸代谢,油菜素甾醇(BRs)、水杨酸信号等途径中关键基因的表达调控产生响应霉菌侵染的应激反应。3、采后哈密瓜可以通过两种免疫系统诱导产生防御反应,一是PAMP-triggered immunity系统,通过调节钙依赖蛋白激酶、呼吸爆发氧化酶、亮氨酸重复受体蛋白激酶、钙调蛋白等基因表达产生过敏反应;通过调控延长因子Tu、细胞分裂素激活蛋白激酶1等诱导病程相关蛋白(PR1)上调表达;二是Effector-triggered immunity系统,通过调节激活抗病蛋白RPM1(RPM1)、抗病蛋白RPS2(RPS2)等基因表达产生过敏反应;通过调控转录因子MYC2(MYC2)和茉莉酸ZIM域包含蛋白(JAZ)诱导病程相关蛋白,提高对青霉菌的抗病性。4、运用相对和绝对定量同位素标记技术(i TRAQ)对青霉菌侵染前后哈密瓜果实蛋白进行鉴定分析,获得了4855个果实表达蛋白,其中包括76个未知功能蛋白。霉菌侵染哈密瓜不同阶段,鉴定出的差异蛋白不同,其中未侵染和侵染48小时相比,差异蛋白有179个;未侵染和侵染60小时相比,差异蛋白有413个。进一步分析后,筛选出共性差异蛋白25个,其中在霉菌侵染60小时持续发挥抗性作用的有内切几丁质酶MCHT-2、过氧化物酶52;在霉菌侵染48小时起到重要抗性作用的有奇果蛋白、谷胱甘肽S转移酶PARB、酸性内切几丁质酶等。5、差异蛋白与差异基因表达关联性分析表明,未侵染与侵染48小时(0-Vs-48)组中有107个关联差异蛋白,与差异基因表达趋势呈正相关的有70个;未侵染与侵染60小时(0-Vs-60)组中有253个关联差异蛋白,与差异基因表达趋势相同的数量有172个;其中与抗逆相关的蛋白所占比例最大。通过STRING在线分析推测出3个未知差异蛋白的功能,其中Unigene11705_QHMG可能具有响应生物刺激,防卫反应功能;Unigene11707_QHMG可以通过调节油菜素类固醇信号参与防卫反应;CL3109.Contig1_QHMG通过调节木质素和类黄酮的合成起到防卫反应功能。6、哈密瓜果实中相关抗性酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、β-1,3葡聚糖酶、几丁质酶(CHT)参与了抵御青霉菌侵染的反应;贮藏前期,低温和保鲜剂处理可以诱发抗性酶活性升高清除自由基;贮藏后期,霉菌侵染再次诱导防御酶活性升高,提高哈密瓜果实的抗病性。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S436.5

【参考文献】