致病疫霉温度适应性及其响应高温胁迫的转录组分析

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvyuguo_sh
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致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的马铃薯晚疫病一直是马铃薯产业上最具毁灭性的灾害之一。致病疫霉基因组测序的完成为研究致病疫霉表型差异和表达基因差异的关系奠定了基础。本研究通过对不同温度下致病疫霉的菌落直径、产孢能力和致病力进行测定,找出温度胁迫下表型差异较大的菌株,进而对其正常温度和温度胁迫下的转录组样本进行分析,为进一步研究致病疫霉的抗逆机制提供了理论依据。主要研究结果如下:  1.温度对致病疫霉生长和无性产孢能力的影响:在10℃、12.5℃、15℃、17.5℃、20℃、22.5℃和25℃共七个温度梯度下分别对采集自内蒙古和河北地区的各8株致病疫霉菌株进行直径的测量、生长率的测定和产孢量的统计,发现20℃时采集自内蒙古和河北的致病疫霉菌株的菌落直径、生长率和产孢量最大,15℃~22.5℃时致病疫霉菌株的菌落直径、生长率和产孢量差异不大。10℃和25℃时菌落直径、生长率和产孢量均较小,其中25℃时不同致病疫霉菌株间直径、生长率和产孢量差异很大,说明高温对不同致病疫霉的生长和繁殖影响较大。采集自内蒙古的两株致病疫霉菌株NY13-12和NY13-8在25℃时菌落直径和产孢量差异最大,单位面积产孢量相差60倍。  2.温度对致病疫霉致病力的影响:在10℃、12.5℃、15℃、17.5℃、20℃、22.5℃和25℃共七个温度梯度下分别对采集自内蒙古和河北各8株致病疫霉菌株进行致病力的测定,发现采集自内蒙古和河北的致病疫霉菌株均在20℃时致病力最强,17.5℃~22.5℃致病力差异不大且均较强,马铃薯离体叶片病斑面积大。10℃和12.5℃低温条件不适宜致病疫霉的生长,致病力弱,马铃薯叶片几乎不发病,25℃时温度太高,不适宜致病疫霉生长且离体叶片容易腐烂,致病疫霉的致病力弱。  3.高温胁迫下致病疫霉的转录组差异表达基因分析:对分别在20℃和25℃培养的NY13-12(1423)和NY13-8(1419)两株致病疫霉菌株进行转录组分析,发现菌株1423在25℃和20℃有540个差异基因,分别有212和328个差异基因显著上调和下调,菌株1419在25℃和20℃有1379个差异基因,分别有512和867个差异基因显著上调和下调,145个共同差异基因推测与响应温度胁迫相关,其中结合层次聚类结果预测了20个差异表达基因与响应温度胁迫相关。  4.高温胁迫下致病疫霉差异基因的GO富集分析:对差异表达基因进行GO分类可分为生物学过程、细胞组分和分子功能三类。P1423_25vsP1423_20的540个差异基因功能注释主要为糖代谢、氧化还原过程、核糖体和氧化还原酶。P1419_25vsP1419_20的1379个差异基因功能注释主要为糖代谢、单细胞生物代谢过程、膜被和离子结合。P1423_25vsP1423_20和P1419_25vsP1419_20的差异表达基因的GO注释均包含糖代谢。145个与温度胁迫相关的基因GO注释为响应胁迫和生殖发育。20个预测响应温度胁迫的差异表达基因中有4个基因的GO注释包括响应刺激和响应胁迫。  5.高温胁迫下致病疫霉差异基因的KEGG富集分析:对差异表达基因进行KEGG富集分析,主要表现在糖酵解或糖异生、次级代谢产物生物合成和氨基酸生物合成。与温度相关的145个温度胁迫相关的基因富集到了31条KEGG途径上,代谢途径、磷酸盐代谢、磷脂酰肌醇信号系统和内吞作用与响应胁迫有关。20个预测响应温度胁迫的差异表达基因富集到了5条KEGG途径,包括糖酵解/糖异生、氨基酸生物合成、次级代谢生物合成、碳代谢和代谢途径。  6.致病疫霉产孢相关基因及途径的筛选:利用Novofinder软件对转录组数据进行查找筛选,发现10个产孢相关基因,其中PITG_06448富集到KEGG途径包括柠檬酸循环、代谢途径、氨基酸生物合成、碳代谢和丙酮酸代谢。  7.差异基因的qRT-PCR验证:对不同样本间上下调差异倍数大的8个基因进行了qRT-PCR验证,其结果与转录组数据一致。
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