松材线虫作用下棘孢木霉T203的生理抗性与转录组研究

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木霉菌(Thichoderma spp.)普遍分布于森林、湿地、农田等潮湿环境下,是一类重要的生防菌种,被广泛应用于林业病害防控当中。由松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)所引起的松树枯萎病(Pine Wilt D isease,PWD)已导致大量松属植物死亡,造成我国林业资源巨大损失。棘孢木霉(Trichoderma asperellum)是应用普遍的生防菌种,对病原真菌、土壤线虫等有害生物有很强的抗性作用,然而在应对松材线虫作用的过程中木霉产生的生理变化与分子抗病机制却鲜有研究。为研究松材线虫作用下棘孢木霉的抗逆反应机制,本研究通过三种萃取剂提取棘孢木霉T203的活性代谢产物对松材线虫进行毒力测定,通过酶活性试剂盒测定松材线虫处理后棘孢木霉T203的5种抗逆酶活性,从生理生化方面研究了松材线虫作用下棘孢木霉的抗逆作用。然后对松材线虫处理120 h的棘孢木霉T203的菌丝样品进行取样并进行了转录组测序分析,筛选出对松材线虫诱导的12个棘孢木霉抗病基因,后续利用生物信息学的方法对其中的枯草杆菌蛋白酶家族(peptidase S 8)基因进行了分析。实验主要得出以下结论:1.棘孢木霉活性代谢产物对松材线虫的抑制效果显著,三种萃取剂处理72 h后的抑线虫率分别达到88.1%、88.75%、74.51%,表明棘孢木霉活性代谢产物对松材线虫的抑制作效果显著。测定酶活性显示松材线虫处理12 h、24 h、48 h、72 h和120 h后棘孢木霉的CAT、SOD、POD、GST和β-1,3-GA五种酶活性整体呈上升趋势,表明CAT、SOD、POD对线虫抗氧化功能起到关键最用,GST在解毒代谢机制上起到重要作用,β-1,3-GA在诱导抗性机制上发挥重要作用。2.本次转录组测序的6个样品测得clean reads共计508581808条,总共得到76.3G得测序数据。转录组测序数据与棘孢木霉参考基因组的最低unique m ap率高于90%,表明T203菌种与参考基因组亲缘关系相近,基因注释准确度高。从转录组中筛选到956个差异表达基因,其中上调基因372个,下调基因584个。通过GO、KEGG等数据库富集分析表明编码细胞壁降解酶、细胞膜降解酶、抗生素等代谢产物的基因在抵抗松材线虫的过程中表达差异较大,MAPK代谢通路中与信号传导、生长发育相关的基因显著上调表达。从转录组数据中筛选出了 12个与生物防治相关的抗性基因并进行了 qRT-PCR验证,结果显示12个基因的表达情况与转录组数据趋势一致。3.从转录组数据中筛选出13个显著上调的枯草杆菌蛋白酶家族基因并进行了生物信息学分析,将其分别命名为TaPrtP1-TaPrtP13,分析结果表明TaPrtP1、TaPrtP2和TaPrtP3属于同一个亚家族,TaPrtP4、TaPrtP5、TaPrtP6、TaPrtP7和TaPrtP8属于同一个亚家族,TaPrtP9、TaPrtP10、TaPrtP11、TaPrtP12 和TaPrtP13 属于同一个亚家族。基因结构预测表明该家族基因结构相近,氨基酸序列比对和蛋白三级结构预测发现了该家族基因的催化三联体结构,该结构可以使蛋白发挥其相应的水解功能。启动子预测找到了棘孢木霉中参与水杨酸、生长发育,抗逆性等相关的顺式作用元件。
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