烟草抗黑胫病转录与调控机制研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang____jiang
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普通烟草(Nicotiana tabacum L.)在世界范围内被广泛种植,每年为我国国民经济创造了巨大的经济效益。烟草黑胫病作为一种烟草毁灭性病害,直接影响着烤烟的品质和产量。研究抗黑胫病的调控机制有助于高抗黑胫病的烟草育种,对烟草行业的健康发展有重要的作用。本研究通过分析红花大金元、RBST双抗品种、K326抗性品种和K326感病品种在接种黑胫病病原烟草疫霉前后不同时间点的转录组数据,结合差异表达分析、时间序列分析、基因共表达网络分析等,初步揭示了普通烟草抗黑胫病动态调控过程。具体结果如下:1、不同烟草材料、部位和病原菌侵染时间点的转录组数据差异表达分析:通过对四个不同抗性烟草品种的根部在六个时间点的转录本进行差异表达分析,在“K326感病品种vs K326抗性品种”根部、茎部的差异表达分析中,分别有318、339个差异表达转录本(Differentially expressed transcripts,DET)在接种后的五个时间点都差异表达。在“红花大金元vs RBST”根部、茎部的差异分析中,分别得到了933、710个在接种后的五个时间点都差异表达的差异表达转录本;接种病原菌前后的不同时间点转录本的总数,上调、下调转录本数目,与抗病相关的NBS类抗性基因的数目均随时间的变化而有所不同,这些结果为探究黑胫病抗病相关调控机制提供了转录组水平的依据。2、对不同组合的差异表达转录本随时间变化的表达动态进行分析,K326抗性品种根部的差异表达转录本被显著富集到了11个表达趋势中,茎部的差异表达转录本有13个表达趋势被显著富集;RBST根部与茎部显著富集到的表达趋势分别有14、15个。在所有的53个表达趋势中,有22个表达趋势中发现了可能与抗病过程有关的GO、KEGG通路。经综合比较发现,以Profile22为表达趋势的转录本表达动态在植物抗病过程中可能发挥重要作用。3、对K326抗性品种、RBST所有转录本的加权共表达网络分析中,K326抗性品种根部的转录本被分类到了6个共表达网络模块,茎中的转录本被分类到了13个共表达网络模块中;RBST根部转录本被分类到了7个共表达网络模块,茎部分别分类到了8个模块中。在所有的34个共表达网络中,有12个可能与抗病过程有关的模块。4、通过对时间序列分析得到的抗病通路进行进一步筛选,最终在根中筛选出6个抗病相关的候选基因,这6个候选基因在接种病原后随时间变化的表达趋势符合Profile22、Profile47和Profile48的特征。除抗病过程外,这6个候选基因还参与膜转运等过程。在茎中筛选出9个抗病相关的候选基因,其表达趋势符合Profile24、Profile31、Profile39和Profile46。这9个候选基因大多与植物抗病过程相关,作用位置为细胞外围结构。通过对筛选得到的WGCNA共表达模块进一步筛选,最终得到6个在根和茎中的共表达网络中都发挥显著作用的候选抗病基因。对以上候选基因的分析发现,这些候选基因作用位置大多在细胞外围结构中,参与对胁迫的反应、调控有机物的合成代谢、调控跨膜运输、调控细胞凋亡等过程等。本研究将有助于在转录组层面揭示烟草抗黑胫病的动态调控特征,挖掘抗病反应过程的候选基因,对烟草抗黑胫病病害的防控以及抗黑胫病育种有重要的作用。
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