马蹄莲响应软腐病菌侵染的转录组分析和相关基因挖掘

来源 :云南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yannini01
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马蹄莲(Zantedeschia spp.)作为一种高档花卉,深受国内外消费者的喜爱,享有“花卉之星”的美誉。但是由胡萝卜果胶软腐杆菌(Pectobacterium carotovora subsp.carotovora,Pcc)引起的软腐病严重制约了马蹄莲产业的发展。由于缺乏抗性种质资源,传统的育种方式和防治措施难以从根本上解决问题;而且,目前关于马蹄莲与软腐病菌的互作机制还尚未明晰,马蹄莲抗软腐病基因还需继续鉴定与挖掘。鉴于此,本研究通过对30个彩色马蹄莲品种的软腐病抗性进行鉴定,以获得的高感的马蹄莲品种为材料,开展接种Pcc后不同时间点(0 h、12 h、24 h和36 h)的RNA-seq分析,通过筛选马蹄莲响应Pcc侵染的差异表达基因,并分析其可能参与的生物学过程和代谢途径,利用q RT-PCR对筛选的差异表达基因进行分析,以期挖掘马蹄莲响应Pcc侵染的关键基因,进而为探究马蹄莲抗软腐病分子机制及抗病育种提供理论基础。主要研究结果如下:(1)采用注射法对30个彩色马蹄莲品种进行抗性鉴定。结果显示,抗性水平表现为高感(HS)的品种有5个,表现为感(S)的品种有13个,表现为中抗(MR)的品种有12个。其中,YM088对Pcc的侵染最为敏感,其病斑随侵染时间的延长而持续增大,相较于其它品种,其病情指数也最大。因此,YM088可用于RNA-seq分析,进而筛选Pcc抗病/感病基因。(2)转录组测序共获得80.92G的Clean data,错误率均在0.03%,平均Q20为97.71%,Q30为93.73%,GC含量为53.92%。对接种Pcc 4个时间点的YM088进行了测序分析,以表达差异大于2倍的基因作为显著差异表达基因,筛选各时间点差异表达基因。总共筛选到35111个差异表达基因,其中下调基因(20387)多于上调基因(14724)。相较于对照组(0h),接种12 h、24 h、36 h分别有11150、10995、11225个显著差异表达基因。(3)KEGG富集分析发现,次生代谢产物的生物合成,植物病原互作、MAPK信号通路,植物激素信号转导等通路在转录水平上,是马蹄莲响应Pcc侵染反应的主要通路途径。对可能参与响应Pcc侵染的相关通路进行分析,发现苯丙烷类代谢途径中上游的关键酶PAL、C4H显著上调,推测这些基因可能通过促进马蹄莲木质素等次生物质的合成以抵抗Pcc的侵染。过氧化物酶体代谢途径中CAT下调表达,这可能导致侵染部位H2O2的积累,进而激活马蹄莲的防御体系。Pcc侵染马蹄莲过程中分泌细胞壁降解酶作用于马蹄莲细胞壁产生的细胞壁碎片,可能是触发PTI的主要DAMP,同时与之识别的受体激酶WAK显著上调。此外,植物激素SA与JA代谢途径关键基因差异表达,可能共同介导了马蹄莲对Pcc侵染的响应。同时,发现部分WRKY、MYB和BHLH转录因子,以及两个糖转运蛋白SWEET基因(感病基因)在马蹄莲响应Pcc侵染过程中显著差异表达。(4)利用qRT-PCR技术对筛选的12个差异表达基因进行表达分析,结果表明,12个基因的表达趋势均与RNA-seq的结果一致,说明转录组测序比较可靠。因此,推测筛选的WAK、MPK5、CAT、C4H、PAL、PR4、SERK、WRKY33、MYB44、MYC2、SWEET-8、SWEET-12基因在马蹄莲与Pcc的互作中起到了关键作用,其互作机制有待进一步研究。本研究将有助于在分子层面解析马蹄莲响应Pcc侵染的基因功能,挖掘抗病/感病反应相关候选基因,为马蹄莲病害防御和控制及抗病育种研究提供可用基因资源。
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