基于转录组分析揭示亚麻抗感品种幼苗对尖镰孢菌胁迫的早期响应机制

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yoyo220
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
亚麻是我国西北部地区重要的油料作物。由于长期种植品种单一,造成亚麻抗病品种的抗性丧失,从而导致为害亚麻的枯萎病严重发生,已成为制约亚麻产量的一种重要病害。因此,挖掘筛选优质抗源,培育亚麻抗病品种成了生产上亟待解决的一个重要问题。本研究以山西亚麻抗病品种晋亚7号(R-7)和感病品种山西黄29(S-29)为研究对象,在幼苗根部接种尖孢镰孢菌亚麻专化型(Fusarium oxysporum f.sp.lini,Foln)后0.5 h、2 h和8 h取样,利用RNA-Seq技术,对互作后的亚麻幼苗进行早期转录组数据分析。同时,以亚麻抗感品种与Foln侵染互作后的抗逆生理指标为切入点,结合WGCNA进行模块分析,并对筛选到的抗性基因进行功能验证。为从基因水平揭示亚麻抗感品种与枯萎病菌互作的分子机制和抗病育种的分子设计提供理论依据。具体研究结果如下:1、亚麻抗感品种接种Foln后,从寄主表型实验验证供试的亚麻抗感品种对病原菌的致病性表现出明显差异,从显微形态观察实验发现在Foln胁迫下0.5 h~8 h,抗感品种根系周围的孢子数量有明显差异。为后续进一步研究亚麻抗感品种应对Foln胁迫的转录组分析、生理生化响应及抗病相关基因表达奠定理论和实践基础。2、亚麻抗感品种接种Foln后转录组分析发现:在8 h内与未接种对比出现大量差异表达基因(DEGs):感病品种S-29在接种Foln后0.5 h出现大量的差异表达基因,R-7则在2 hpi(host-pathogen interaction)出现;GO富集分析显示:亚麻抗病品种在抵抗尖孢镰孢菌侵染时富集较多的合成萜类化合物的基因,感病品种则主要有病程相关蛋白及细胞物质功能的基因。同时发现抗感病品种中防御反应通路出现显著差异,亚麻S-29在早期0.5 hpi后,MAPK信号通路、植物病原互作途径、苯丙素的生物合成、α-亚麻酸代谢4条通路的DEGs显著(P≦0.05)上调表达;R-7接种Foln 2 h后,植物光合作用天线蛋白、植物激素信号转导、雌激素信号通路3条通路中的DEGs显著上调表达。在R-7和S-29中DEGs表达数量较多的有3条主要通路:植物病原互作通路、植物激素信号传导通路和MAPK信号传导通路,且3条通路中的DEGs在R-7中的表达量均高于S-29中的表达量,R-7中有6个转录因子MYC2家族的基因持续表达,感病品种中共有11个基因持续表达;植物-病原互作途径中,WRKY 22和WRKY33,Hsp 90家族基因调控亚麻的抗病性;IRAK4和MEK调控MAPK信号传导通路;转录因子MYC2和转录因子TIFY蛋白质调控亚麻的JA代谢,CH3和ETR、ERS在植物激素信号转导中调控亚麻的抗性。同时,筛选出7个相关性较大的核心基因,其中Lus10025000.g和Lus10026447.g同时调控植物激素信号转导和MAPK信号通路。转录因子对调控亚麻对Foln的抗病反应起到了积极作用,b HLH和MYB家族与抗病品种的抗病反应呈正相关,而AP2/ERF、NAC和WRKY家族与亚麻的抗性反应呈负相关;5个转录因子家族的基因网络互作分析发现转录因子WRKY家族中Lus10003984.g、转录因子MYB家族中Lus10009263.g、转录因子b HLH家族中Lus10015902.g和Lus10006951.g为各转录因子家族的核心基因,调控基因互作网络中其它基因的表达。3、亚麻抗感品种接种Foln后,抗逆性生理发生了变化,其中MDA、MP的活性变化在S-29中均高于R-7;PAL、SOD、POD活性在R-7中均高于S-29;CAT的活性在亚麻抗感品种中均下调,O2-活性在抗感品种中变化不大。S-29接种Foln后还原性糖增加,而R-7的还原性糖则减少,R-7和S-29中的IAA氧化酶和PPO活性都低于对照值,且S-29的活性更低;在R-7中Vc氧化酶活性快速增加,S-29几乎不变。所以得出还原性糖减少,Vc氧化酶活性增加可提高植物的抗病性,病原菌侵染后IAA氧化酶和多酚氧化酶活性都降低。4、利用WGCNA对所测得的抗逆生理进行分析,得到8个与抗逆性生理生化相关的特异性基因模块,蓝色模块与POD、紫色模块与CAT、粉色模块与MDA的关联度较高;紫色模块和蓝色模块都富集到了氨基酸代谢和MAPK信号通路,粉色模块富集到植物病原互作途径;基因互作网络从3个高度关联的模块中筛选出Lus10003190.g、Lus10040664.g、Lus10014306.g、Lus10005553.g、Lus10036122.g和Lus10037357.g等6个核心基因。5、对筛选出Lus10003984.g编码的WRKY41的抗性基因,进行转拟南芥功能验证,试验发现过表达Lu WRKY41拟南芥植株和野生型植株接种Foln后,野生型植株表现出明显的发病症状,且过表达拟南芥的抗逆性生理指标均高于野生型,证实了Lu WRKY41在转拟南芥抗病性中起到了调控作用。本研究在早期短时间(0.5 h-8 h)内利用转录组技术探索亚麻-镰孢菌互作后的应激反应,明确了亚麻应对病原菌侵入的瞬时应急响应机制,同时,基于WGCNA技术筛选出与抗性表型相关的差异表达基因,通过转拟南芥进一步验证了Lu WRKY41具有调控抗枯萎病的功能。
其他文献
化学连接组(Chemoconnectome,CCT)是指参与神经信息传递的化学分子,包括动物体内所有的神经递质、调质、神经肽及其受体等。我们以果蝇(Drosophila melanogaster)为模型研究雌性动物交配行为的分子和神经环路机制,首次系统地筛选了60个CCT相关基因的突变体对雌蝇交配行为的影响。研究发现有18个基因的突变可以导致雌蝇交配率显著下降,10个基因的突变可以促进雌蝇交配。我
学位
<正>小王2008年从某高校行政管理专业毕业后没找到合适的工作,再加上自己是乙肝表面抗原携带者(也就是俗称的"大三阳"),他的求职之路一直不顺畅。2008年底,小王通过朋友介绍,应聘一家大型物流企业的行政办公室主任助理的岗位。笔试、面试过程中,因表现出色,小王给企业领导留下了深刻印象,公司表达了录用小王的意向。正当小王踌躇满志,准备在工作岗位上大干一场的时候,企业发现小王的体检报告显示"大三阳",
期刊
<正>近年来,党中央、国务院高度重视审计工作。监督并推动党和国家重大政策措施的贯彻落实成为审计工作最重要的职责任务之一。中国远洋海运集团有限公司主要经营业务包括航运、港口、综合物流和金融、装备制造、增值服务、创新数字等产业,是中央直接管理的特大型国有企业。2019年,中国远洋海运集团党组在审计委员会会议上明确将推动党中央重大政策措施和集团决策部署的有效落实作为内部审计工作的首要职责。
期刊
作物长势监测及产量准确预报、估测对于农业管理和国家粮食安全至关重要,特别是在新冠疫情长期影响和国际局势动荡的时期。利用数据同化技术将遥感反演的区域尺度的作物冠层、土壤和大气参数信息,融入到作物机理过程模型中调整模型的状态变量或优化初始状态参数,可以大幅度的提高区域尺度作物模型模拟精度。本文以山西省晋南地区三个县的冬小麦种植区为研究区,从遥感信息的精度和频率、同化算法、水分胁迫分区和同化估产策略4个
学位
目的:分析“12345”政务服务热线转办的诉求工单,以期为减少纠纷投诉,改善医患关系,提高患者满意度提供参考。方法:收集2022年-2023年一季度“12345”政务服务热线反馈至某三甲儿童医院的诉求工单,对工单进行整理、分类和统计,分析工单处理的难点,提出改进措施。结果:筛选有效工单569例,工单类型主要集中于求助类(49.74%)、投诉类(39.54%),工单分类占比前三的分别是疫情因素(45
期刊
杉木是我国南方山地最重要的用材林造林树种,其人工林面积和蓄积均居我国人工林首位。然而,大多数杉木人工林培育仍以纯林为主,往往导致生产力、生物多样性和生态服务功能下降,严重影响了人工林生态系统的可持续发展。营造和改造为混交林可以显著改善杉木林地土壤营养状况,提高林地生产力和增强林分稳定性,被认为是解决当前杉木人工纯林生产力下降,实现可持续发展的有效途径。然而,目前对杉木混交林种间关系和林分生产力长期
学位
期刊
黑素细胞起源于神经嵴衍生的成黑色素细胞,并在皮肤表皮中迁移和分化,而后参与毛发的形成。因此,色素沉积是一个复杂的过程。已有研究表明KLF4参与色素的生成,但其具体作用机制未知。其次,毛囊的发育与毛发周期亦与色素的生成具有一定联系。因此,本研究通过荧光定量PCR、蛋白免疫印迹、免疫组织化学、免疫荧光、细胞周期、细胞凋亡、细胞迁移、转录组测序等一系列实验揭示KLF4在毛囊发育、毛囊周期以及黑色素沉积机
学位
大气氮沉降不仅提高森林土壤氮含量,还会引起土壤属性的显著改变,进而影响土壤微生物群落结构和功能,影响土壤呼吸和碳循环速率,也必然影响森林群落优势种的氮素利用策略和针叶/细根/土壤的碳氮磷化学计量关系。深化森林生态系统对大气氮沉降响应机制的研究,对优化森林适应性经营对策具有重要意义。本研究以关帝山林区龙兴林场华北落叶松人工林和庞泉沟自然保护区华北落叶松天然林为研究对象,采用对照(CK,0 g·m-2
学位
荞麦营养丰富,是改善膳食结构、促进营养健康的重要口粮品种。我国是荞麦主产国之一,荞麦的种植面积与产量均位居世界第二。由于荞麦为无限花序作物,其籽粒的成熟度极不一致,成熟籽粒极易脱落,收获时籽粒易受损破碎,茎秆含水率较高等特点使得荞麦机械化收获难度较大。尤其在联合收获的清选环节,含水率较高的茎秆成为机械收获脱出混合物的主要组分之一,其空气动力学特性、尺寸特性与籽粒的差异不明显,故而导致荞麦机械收获清
学位