稻曲菌侵染过程转录组分析、长链非编码RNA鉴定及特异性分子检测技术研究
发布时间：2021-04-21 14:52
稻曲病（Rice false smut）是在水稻穗部发生的重要病害,由稻曲菌（Ustilaginoidea virens）侵染引起。稻曲病不仅可造成水稻产量损失,且稻曲菌产生的毒素会污染谷物,对粮食安全造成严重威胁。本研究基于稻曲菌对水稻晚籼98的颖花侵染过程观察,使用RNA-seq技术对稻曲菌侵染各个阶段的样品进行深度测序,分析和鉴定稻曲菌侵染过程的差异表达基因和lncRNA,并对稻曲球发育相关基因UvCesA和稻曲菌生长相关lncRNA UvlncNAT-MFS进行了功能研究。此外,本研究还开发了一套基于比较基因组的稻曲菌特异性分子检测靶标筛选方法,并设计了6组稻曲菌巢式PCR检测引物。研究主要结果如下:（1）将稻曲菌从侵染至稻曲球形成的过程划分为5个阶段（Stage 1-5）。利用RNA-Seq技术对Stage 1、Stage 2、Stage 3和Stage 4这4个阶段的样品进行深度测序。以Stage 1作为对照,分析其余的3个阶段与第一阶段的差异基因,结果表明与稻曲菌侵染第一阶段相比,Stage 2、Stage 3和Stage 4分别鉴定到1031、1965和1972个显著上...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略表
第一章 前言
1 水稻稻曲病研究概况
1.1 水稻稻曲病的发生与危害
1.2 稻曲病的病害循环及稻曲菌的侵染过程
1.3 稻曲菌的分子检测
1.4 稻曲菌多组学相关研究进展
1.5 稻曲菌功能基因的研究
2 长链非编码RNA
2.1 长链非编码RNA的定义、分类和鉴定
2.2 长链非编码RNA的作用机制及功能
2.3 长链非编码RNA在真菌中的研究进展
3 CesA基因的研究
3.1 CesA基因的发现
3.2 CesA蛋白的特征与功能
3.3 CesA基因在真核微生物中的研究
4 本研究的目的与意义
第二章 稻曲菌侵染水稻颖花不同时期的转录组数据分析和lncRNA的鉴定
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌在水稻颖壳表面定殖阶段（Stage 1,1 dpi）
2.2 稻曲菌对水稻花器官的初侵染阶段（Stage 2,3 dpi）
2.3 稻曲菌在水稻颖壳内部完成定殖阶段（Stage 3,6 dpi）
2.4 稻曲菌厚垣孢子形成阶段（Stage 4,15 dpi）
2.5 稻曲菌侵染稻穗后期形成成熟稻曲球阶段（Stage 5,20 dpi）
2.6 稻曲菌各个侵染阶段样品RNA-seq数据及质量评估
2.7 稻曲菌侵染各个阶段中差异表达基因
2.8 致病相关基因在稻曲菌侵染各个阶段的表达分析和qRT-PCR验证
2.9 稻曲菌侵染各个阶段差异表达基因GO功能富集分析
2.10 稻曲菌侵染各个阶段差异表达基因KEGG富集分析
2.11 稻曲菌糖基转移酶和糖苷水解酶相关基因在侵染各个阶段的差异表达分析
2.12 稻曲菌lncRNA的鉴定
2.13 稻曲菌lincRAN、lncNAT和 mRNA的长度及外显子分析
2.14 稻曲菌侵染不同时期差异表达lincRAN、lncNAT和mRNA的分析
2.15 差异表达lincRAN、lncNAT的分类和靶标基因的GO富集分析
2.16 与转运蛋白或者物质转运调控相关的差异表达lncNAT及其对应正义链基因的筛选和qRT-PCR验证
3 小结和讨论
第三章 稻曲菌纤维素合酶基因UvCesA的功能研究
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌UvCesA基因的序列分析
2.2 UvCesA基因在4 个稻曲菌侵染阶段的表达动态
2.3 UvCesA基因敲除和互补转化子的验证
2.4 UvCesA基因敲除和互补转化子的生长速率和产孢量测定
2.5 UvCesA基因敲除互补转化子细胞对外界压力胁迫的响应
2.6 UvCesA基因敲除互补转化子的致病力测定及侵染观察
2.7 UvCesA基因敲除转化子接种后诱导水稻灌浆相关基因的表达动态
2.8 不同糖类物质对UvCesA基因敲除转化子生长的影响
2.9 UvCesA基因敲除转化子与野生型菌株菌丝的透射电镜观察
2.10 UvCesA蛋白的亚细胞定位观察
3 小结和讨论
第四章 稻曲菌长链非编码RNA lncNAT-MFS的功能研究
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌UvlncNAT-MFS和 UvMFS的序列分析和在侵染各阶段的表达动态分析
2.2 荧光原位杂交（FISH）分析UvlncNAT-MFS的亚细胞定位
2.3 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达,以及UvMFS基因的敲除和互补
2.4 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子生长速率和产孢量测定
2.5 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子细胞对外界压力胁迫的响应
2.6 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子的致病力测定
2.7 UvlncNAT-MFS和UvMFS形成的RNA-RNA二聚体检测
3 小结和讨论
第五章 基于比较基因组的稻曲菌特异性PCR检测引物开发
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌特异性PCR检测靶标筛选
2.2 稻曲菌特异性PCR检测引物的筛选与评估
2.3 水稻接种稻曲菌后的PCR检测
2.4 稻田间孕穗期水稻样品的PCR检测
3 小结和讨论
第六章 全文总结、创新性与展望
1 全文总结
2 创新性
3 展望
参考文献
附录
附录1 :附表
附录2 :个人发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ustilaginoidea virens: A Fungus Infects Rice Flower and Threats World Rice Production[J]. QIU Jiehua,MENG Shuai,DENG Yizhen,HUANG Shiwen,KOU Yanjun. Rice Science. 2019(04)
[2]稻曲病菌致病机制研究进展[J]. 俞咪娜,黄世文,刘永锋. 植物病理学报. 2019(06)
[3]长链非编码RNA（lncRNA）生物学功能及其调控机制[J]. 刘志宇,曹安,蒋林树,曹素英. 农业生物技术学报. 2018(08)
[4]长链非编码RNA（lncRNA）及其在昆虫学研究中的进展[J]. 朱斌,梁沛,高希武. 昆虫学报. 2016(11)
[5]Long Non-coding RNAs and Their Biological Roles in Plants[J]. Xue Liu,Lili Hao,Dayong Li,Lihuang Zhu,Songnian Hu. Genomics,Proteomics & Bioinformatics. 2015(03)
[6]MFS超家族转运蛋白结构基础及转运机制[J]. 邓东,颜宁. 科学通报. 2015(08)
[7]实时荧光定量PCR筛选稻曲病菌内参基因[J]. 顾志敏,丁正中,陈析丰,郭龙彪,曾大力,钱前,马伯军. 中国水稻科学. 2012(05)
博士论文
[1]稻曲病菌侵染特性及产孢相关基因UvPRO1的功能分析[D]. 吕博.华中农业大学 2018
[2]稻绿核菌UV-2中二萘并-γ-吡喃酮的分离鉴定、制备工艺及其生物活性[D]. 吕仕琼.中国农业大学 2015
[3]杂交水稻种子成熟过程活力、生理生化和耐藏力的变化及脱水剂应用效果的研究[D]. 朱丽伟.浙江大学 2015
[4]稻曲病菌接种技术、群体遗传结构及致病力分化研究[D]. 贾切.华中农业大学 2014
硕士论文
[1]稻曲病菌UvustA、UvPmk1和UvCDC2基因的功能研究[D]. 白婧.华中农业大学 2019
[2]稻曲病菌的生物学、侵染特性及遗传多样性研究[D]. 李阳.华中农业大学 2007
本文编号：3151964
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略表
第一章 前言
1 水稻稻曲病研究概况
1.1 水稻稻曲病的发生与危害
1.2 稻曲病的病害循环及稻曲菌的侵染过程
1.3 稻曲菌的分子检测
1.4 稻曲菌多组学相关研究进展
1.5 稻曲菌功能基因的研究
2 长链非编码RNA
2.1 长链非编码RNA的定义、分类和鉴定
2.2 长链非编码RNA的作用机制及功能
2.3 长链非编码RNA在真菌中的研究进展
3 CesA基因的研究
3.1 CesA基因的发现
3.2 CesA蛋白的特征与功能
3.3 CesA基因在真核微生物中的研究
4 本研究的目的与意义
第二章 稻曲菌侵染水稻颖花不同时期的转录组数据分析和lncRNA的鉴定
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌在水稻颖壳表面定殖阶段（Stage 1,1 dpi）
2.2 稻曲菌对水稻花器官的初侵染阶段（Stage 2,3 dpi）
2.3 稻曲菌在水稻颖壳内部完成定殖阶段（Stage 3,6 dpi）
2.4 稻曲菌厚垣孢子形成阶段（Stage 4,15 dpi）
2.5 稻曲菌侵染稻穗后期形成成熟稻曲球阶段（Stage 5,20 dpi）
2.6 稻曲菌各个侵染阶段样品RNA-seq数据及质量评估
2.7 稻曲菌侵染各个阶段中差异表达基因
2.8 致病相关基因在稻曲菌侵染各个阶段的表达分析和qRT-PCR验证
2.9 稻曲菌侵染各个阶段差异表达基因GO功能富集分析
2.10 稻曲菌侵染各个阶段差异表达基因KEGG富集分析
2.11 稻曲菌糖基转移酶和糖苷水解酶相关基因在侵染各个阶段的差异表达分析
2.12 稻曲菌lncRNA的鉴定
2.13 稻曲菌lincRAN、lncNAT和 mRNA的长度及外显子分析
2.14 稻曲菌侵染不同时期差异表达lincRAN、lncNAT和mRNA的分析
2.15 差异表达lincRAN、lncNAT的分类和靶标基因的GO富集分析
2.16 与转运蛋白或者物质转运调控相关的差异表达lncNAT及其对应正义链基因的筛选和qRT-PCR验证
3 小结和讨论
第三章 稻曲菌纤维素合酶基因UvCesA的功能研究
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌UvCesA基因的序列分析
2.2 UvCesA基因在4 个稻曲菌侵染阶段的表达动态
2.3 UvCesA基因敲除和互补转化子的验证
2.4 UvCesA基因敲除和互补转化子的生长速率和产孢量测定
2.5 UvCesA基因敲除互补转化子细胞对外界压力胁迫的响应
2.6 UvCesA基因敲除互补转化子的致病力测定及侵染观察
2.7 UvCesA基因敲除转化子接种后诱导水稻灌浆相关基因的表达动态
2.8 不同糖类物质对UvCesA基因敲除转化子生长的影响
2.9 UvCesA基因敲除转化子与野生型菌株菌丝的透射电镜观察
2.10 UvCesA蛋白的亚细胞定位观察
3 小结和讨论
第四章 稻曲菌长链非编码RNA lncNAT-MFS的功能研究
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌UvlncNAT-MFS和 UvMFS的序列分析和在侵染各阶段的表达动态分析
2.2 荧光原位杂交（FISH）分析UvlncNAT-MFS的亚细胞定位
2.3 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达,以及UvMFS基因的敲除和互补
2.4 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子生长速率和产孢量测定
2.5 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子细胞对外界压力胁迫的响应
2.6 UvlncNAT-MFS和UvMFS的沉默和超表达转化子,以及UvMFS基因的敲除和互补转化子的致病力测定
2.7 UvlncNAT-MFS和UvMFS形成的RNA-RNA二聚体检测
3 小结和讨论
第五章 基于比较基因组的稻曲菌特异性PCR检测引物开发
1 材料和方法
1.1 试验材料
1.2 试验方法
2 结果与分析
2.1 稻曲菌特异性PCR检测靶标筛选
2.2 稻曲菌特异性PCR检测引物的筛选与评估
2.3 水稻接种稻曲菌后的PCR检测
2.4 稻田间孕穗期水稻样品的PCR检测
3 小结和讨论
第六章 全文总结、创新性与展望
1 全文总结
2 创新性
3 展望
参考文献
附录
附录1 :附表
附录2 :个人发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ustilaginoidea virens: A Fungus Infects Rice Flower and Threats World Rice Production[J]. QIU Jiehua,MENG Shuai,DENG Yizhen,HUANG Shiwen,KOU Yanjun. Rice Science. 2019(04)
[2]稻曲病菌致病机制研究进展[J]. 俞咪娜,黄世文,刘永锋. 植物病理学报. 2019(06)
[3]长链非编码RNA（lncRNA）生物学功能及其调控机制[J]. 刘志宇,曹安,蒋林树,曹素英. 农业生物技术学报. 2018(08)
[4]长链非编码RNA（lncRNA）及其在昆虫学研究中的进展[J]. 朱斌,梁沛,高希武. 昆虫学报. 2016(11)
[5]Long Non-coding RNAs and Their Biological Roles in Plants[J]. Xue Liu,Lili Hao,Dayong Li,Lihuang Zhu,Songnian Hu. Genomics,Proteomics & Bioinformatics. 2015(03)
[6]MFS超家族转运蛋白结构基础及转运机制[J]. 邓东,颜宁. 科学通报. 2015(08)
[7]实时荧光定量PCR筛选稻曲病菌内参基因[J]. 顾志敏,丁正中,陈析丰,郭龙彪,曾大力,钱前,马伯军. 中国水稻科学. 2012(05)
博士论文
[1]稻曲病菌侵染特性及产孢相关基因UvPRO1的功能分析[D]. 吕博.华中农业大学 2018
[2]稻绿核菌UV-2中二萘并-γ-吡喃酮的分离鉴定、制备工艺及其生物活性[D]. 吕仕琼.中国农业大学 2015
[3]杂交水稻种子成熟过程活力、生理生化和耐藏力的变化及脱水剂应用效果的研究[D]. 朱丽伟.浙江大学 2015
[4]稻曲病菌接种技术、群体遗传结构及致病力分化研究[D]. 贾切.华中农业大学 2014
硕士论文
[1]稻曲病菌UvustA、UvPmk1和UvCDC2基因的功能研究[D]. 白婧.华中农业大学 2019
[2]稻曲病菌的生物学、侵染特性及遗传多样性研究[D]. 李阳.华中农业大学 2007
本文编号：3151964
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