花生网斑病菌鉴定及其诱导下花生转录组学研究

来源 :青岛农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:infoerp2009
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花生(ArachishypogaeaL.)是世界上最重要的油料作物之一,因其对环境要求较低,种植适应性强,而在世界各地广泛种植。中国是世界上最大的花生生产国、消费国和出口国。近年来,由花生茎点霉(PhomaarachidicolaMarasasPauer&Boerema)引起的花生网斑病为害日益严重。从分子水平研究花生响应网斑病菌侵染的机制,对花生选育优良品系具有重要意义。目前,关于花生网斑病的研究主要集中在病原菌的鉴定及其生物学特性、发生流行条件等方面,而在转录组水平关于花生网斑病的研究鲜有报道。本研究采用形态学结合分子生物学对采集到的花生网斑病菌进行鉴定,及其致病性检测;以前期鉴定出的强致病力菌株及接种方法为基础,以接种网斑病后不同时间段的花生叶片为材料,对其转录组进行测序分析,通过比对分析网斑病菌胁迫下的差异基因表达情况,找到响应网斑病菌胁迫的关键基因,并对其进行功能注释和代谢途径分析。研究结果如下:  (1)从山东、云南、沈阳等花生产区采集分离共得到9个菌株(编号为WB-LX、WB-PD、WB-SY、WB-YN1、WB-YN2、WB-YN3、WB-BS、WB-YM、WB-3),通过形态学特征观察并结合分子生物学鉴定得到WB-LX、WB-PD、WB-SY、WB-YN1、WB-YN2五个菌株为花生茎点霉(PhomaarachidicolaMarasasPauer&Boerema)。  (2)通过离体叶片接种法对网斑病菌的接种条件进行初探并筛选出致病力较强的菌株,作为下一步活体植株接种的菌株。筛选得到5个菌株具有致病性,致病力依次为WB-SY>WB-LX>WB-PD>WB-YN2>WB-YN1。致病力最强的菌株WB-SY于近紫光条件下接种7d后叶片发病。同时研究发现近紫光可显著促进植株发病。通过活体植株接种筛选出一种快速有效的接种方法:在花生开花末期使用高浓度孢子悬浮液(106个/ml),接种湿度保持在90-100%之间持续保湿36h以上,温度在25-28℃之间,同时黑暗处理24h利于发病。  (3)采用RNA-Seq技术,对接种网斑病后7d、14d和27d的花生叶片转录组进行高通量测序,将测序结果与两个野生型花生基因组Arachisduranensis(A)和Arachisipaensis(B)为参考进行比对,分析筛选差异表达基因,并对其进行GO和Pathway富集分析。结果表明,①对网斑病菌诱导下花生差异表达基因进行统计,同时以A、B两个基因组为参考序列比对分析差异表达基因。以A为参考序列时,接菌7d、14d、27d相比对照差异表达基因总量分别为766个、3248个、1960个,其中连续差异表达的基因有126个;以B为参考序列时,接菌7d、14d、27d相比对照差异表达基因总量分别为791个、3395个、2123个,其中连续差异表达的基因有130个。对比发现两者差异表达基因数随着侵染过程上升,在14d时达到最大,三个时期中的差异表达基因数以B为参考均高于以A为参考,且三个时期连续差异表达的基因B比A多4个,三个时期连续表现出差异表达的基因应作为研究重点,可能是植株抗病的关键基因。②对差异表达基因进行GO功能注释分析,A、B中差异表达基因富集的GO条目基本相似,三个接种时期富集的GO条目也基本相似,只是在差异表达基因的数量上有差异。生物过程中显著富集在细胞过程、代谢过程、单一有机体过程、细胞成分组成及生物合成、刺激响应等;细胞组分中显著富集在细胞部分、细胞器、大分子复合物、膜部分等;分子功能则显著富集在限制性、分子结构、催化等GO条目,花生在网斑病胁迫后多个生物学过程均发生变化,以应对病害的侵染。③对差异表达基因进行Pathway显著富集分析,接种7d显著富集的仅有核糖体一个过程,接种14d显著富集在植物的昼夜节律、色氨酸代谢过程,接种27d显著富集的代谢通路高达13条,随着网斑病的侵染,植株通过调动多个代谢过程进行防御反应。初期主要是核糖体蛋白、核糖体RNA等成分发生变化,中期的色氨酸途径参与次生代谢产物合成,通过合成小分子活性物质来抑制病原菌危害,后期的次生代谢生物合成、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成、细胞色素P450、苯丙氨酸代谢、谷胱甘肽代谢等抗病代谢途径的参与,说明激活了植物的防卫反应。
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