小象甲取食处理下甘薯‘广薯87’的转录组分析
发布时间：2021-10-09 20:31
甘薯（Ipomoea batatas）是世界重要农作物,我国华南地区是主要甘薯产地,却常年遭受甘薯小象甲（Cylas formicarius）的虫害威胁。发掘甘薯小象甲抗性基因资源及其抗性机理具有重要意义。本研究基于广东省主栽甘薯品种‘广薯87’（G87）的小象甲取食时间与侵害程度的关系,选取取食处理4 h的G87薯叶和块根进行转录组分析,分别获得了1 395和1 176个差异基因,主要分属于物质代谢和转录信号等生物学途径,并验证了如水杨酸甲酯代谢、胰蛋白酶抑制剂、转录调控因子以及甘薯贮藏蛋白等多个与小象甲抗性相关的甘薯基因,且部分基因呈现组织特异性表达模式。本文将为甘薯小象甲抗性分子机制研究提供数据支持,并对甘薯抗虫分子育种及相关农业技术实践提供理论指导。
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
小象甲取食G87块根和叶片不同时间的损伤程度统计
由图2-A可知,在叶片取食处理的转录组比较分析中,共筛选到叶片取食(叶片T)与叶片对照(叶片M)之间的1 395个差异基因,其中诱导上调基因1 066个,下调基因329个;而在块根取食处理的转录组比较分析中,共筛选到块根取食(块根T)与块根对照(块根M)之间的1 176个差异基因,其中诱导上调基因871个,下调基因305个;叶片与块根共同存在差异基因373个,其中在叶片与块根均诱导上调基因323个,均诱导下调基因21个;叶片与块根相反调节的基因较少,在叶片上调而块根下调的基因21个,在叶片下调而块根上调的基因8个。叶片与块根特异存在的差异基因分别为1 022个和803个,均多于共同存在差异基因,预示着叶片与块根更多地表现为组织特异性调节。由图2-B可知,基于叶片和块根转录组差异基因Unigenes的GO分类富集分析表明,叶片与块根诱导的差异基因GO类型相似,主要富集在碳水化合物的转运与代谢(carbohydrate transport and metabolism)、氨基酸的转运与代谢(amino acid transport and metabolism)、脂的转运与代谢(lipid transport and metabolism)、次生代谢产物的转运与代谢(secondary metabolites biosynthesis,transport and catabolism)、转录与信号转导(transcription and signal transduction)等多个与代谢和转录信号相关的生物学途径。以上结果说明,在小象甲取食处理下甘薯G87叶片和块根的取食响应基因均具有高水平诱导表达,转录被大规模调控,以基因上调诱导为主,其中代谢相关和转录信号相关基因可能在甘薯取食响应中发挥主要作用。另外,甘薯叶片和块根中特定存在的调节基因数量多于共同存在的调节基因,预示可能存在多种组织特异性表达的甘薯小象甲抗性基因。
为了进一步验证甘薯响应小象甲取食的相关基因,我们从G87叶片的转录组中选取了5个与植物代谢和病虫害防御相关的基因:IbCYP79D3、IbZEP、IbSporamin、IbMYB74、IbSAMT1,以及1个不包括在叶片转录组的差异基因IbKTI2,并通过特异引物及定量PCR验证基因表达。结果显示,除Ib KTI2外,其他5个基因的表达水平相比对照处理均诱导上调表达,其中IbCYP79D3和IbSporamin诱导程度较高(图3-A和C),比对照组高30倍;IbZEP、IbMYB74和IbSAMT1的诱导程度均在3倍以上(图3-B,D和F),而IbKTI2无诱导表达(图3-E),这与叶片转录组分析数据一致。同时,我们也从G87块根转录组数据中选取了5个相关基因:IbNAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2以及1个不包括在块根转录组的差异基因Ib SAMT1,并进行了基因表达验证。结果发现,与对照相比,Ib NAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2的基因表达水平上调(图3-G,H～K),均比对照组高2倍以上,而IbSAMT1表达水平与对照组相比无差异(图3-L),这与块根转录组分析数据一致。综合比较可见,IbMYB74在叶片和块根中都可被诱导表达,而IbSAMT1和IbKTI2基因只在其中一个组织器官中被诱导表达,这进一步暗示在叶片和块根中,取食应答相关基因可被组织特异性调控。以上结果进一步验证了小象甲取食G87叶片和块根的相关响应基因表达,这些基因可能在甘薯诱导防御小象甲侵害过程中发挥重要作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]甘薯‘徐薯18’转录组分析[J]. 颜朗,魏昌赫,张义正. 植物生理学报. 2017(05)
[2]甘薯小象甲的防治研究进展[J]. 黄立飞,黄实辉,房伯平,陈景益,张雄坚,李育军,王章英,罗忠霞. 广东农业科学. 2011(S1)
本文编号：3426961
【文章来源】：植物生理学报. 2020,56(07)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
小象甲取食G87块根和叶片不同时间的损伤程度统计
由图2-A可知,在叶片取食处理的转录组比较分析中,共筛选到叶片取食(叶片T)与叶片对照(叶片M)之间的1 395个差异基因,其中诱导上调基因1 066个,下调基因329个;而在块根取食处理的转录组比较分析中,共筛选到块根取食(块根T)与块根对照(块根M)之间的1 176个差异基因,其中诱导上调基因871个,下调基因305个;叶片与块根共同存在差异基因373个,其中在叶片与块根均诱导上调基因323个,均诱导下调基因21个;叶片与块根相反调节的基因较少,在叶片上调而块根下调的基因21个,在叶片下调而块根上调的基因8个。叶片与块根特异存在的差异基因分别为1 022个和803个,均多于共同存在差异基因,预示着叶片与块根更多地表现为组织特异性调节。由图2-B可知,基于叶片和块根转录组差异基因Unigenes的GO分类富集分析表明,叶片与块根诱导的差异基因GO类型相似,主要富集在碳水化合物的转运与代谢(carbohydrate transport and metabolism)、氨基酸的转运与代谢(amino acid transport and metabolism)、脂的转运与代谢(lipid transport and metabolism)、次生代谢产物的转运与代谢(secondary metabolites biosynthesis,transport and catabolism)、转录与信号转导(transcription and signal transduction)等多个与代谢和转录信号相关的生物学途径。以上结果说明,在小象甲取食处理下甘薯G87叶片和块根的取食响应基因均具有高水平诱导表达,转录被大规模调控,以基因上调诱导为主,其中代谢相关和转录信号相关基因可能在甘薯取食响应中发挥主要作用。另外,甘薯叶片和块根中特定存在的调节基因数量多于共同存在的调节基因,预示可能存在多种组织特异性表达的甘薯小象甲抗性基因。
为了进一步验证甘薯响应小象甲取食的相关基因,我们从G87叶片的转录组中选取了5个与植物代谢和病虫害防御相关的基因:IbCYP79D3、IbZEP、IbSporamin、IbMYB74、IbSAMT1,以及1个不包括在叶片转录组的差异基因IbKTI2,并通过特异引物及定量PCR验证基因表达。结果显示,除Ib KTI2外,其他5个基因的表达水平相比对照处理均诱导上调表达,其中IbCYP79D3和IbSporamin诱导程度较高(图3-A和C),比对照组高30倍;IbZEP、IbMYB74和IbSAMT1的诱导程度均在3倍以上(图3-B,D和F),而IbKTI2无诱导表达(图3-E),这与叶片转录组分析数据一致。同时,我们也从G87块根转录组数据中选取了5个相关基因:IbNAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2以及1个不包括在块根转录组的差异基因Ib SAMT1,并进行了基因表达验证。结果发现,与对照相比,Ib NAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2的基因表达水平上调(图3-G,H～K),均比对照组高2倍以上,而IbSAMT1表达水平与对照组相比无差异(图3-L),这与块根转录组分析数据一致。综合比较可见,IbMYB74在叶片和块根中都可被诱导表达,而IbSAMT1和IbKTI2基因只在其中一个组织器官中被诱导表达,这进一步暗示在叶片和块根中,取食应答相关基因可被组织特异性调控。以上结果进一步验证了小象甲取食G87叶片和块根的相关响应基因表达,这些基因可能在甘薯诱导防御小象甲侵害过程中发挥重要作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]甘薯‘徐薯18’转录组分析[J]. 颜朗,魏昌赫,张义正. 植物生理学报. 2017(05)
[2]甘薯小象甲的防治研究进展[J]. 黄立飞,黄实辉,房伯平,陈景益,张雄坚,李育军,王章英,罗忠霞. 广东农业科学. 2011(S1)
本文编号：3426961
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