花生响应青枯菌侵染的转录组分析和抗病相关基因挖掘
花生响应青枯菌侵染的转录组分析和抗病相关基因挖掘
【摘要】： 花生(Arachis hypogaea L.)是重要的食用油和蛋白质来源,是世界上重要的油料作物和经济作物之一。我国是花生生产、消费和出口大国。由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的花生青枯病是危害花生生产的最为严重的细菌性土传病害。目前,培育和种植抗病品种是最为经济有效和环境安全的防控措施。然而,花生对青枯病抗性的调控机理以及花生-青枯菌互作的分子机制还不明确。本团队前期以抗病品种远杂9102和感病品种徐州68-4杂交,构建了一个重组自交系群体,发掘出了抗病主效QTL位点qBWRB02.1。为进一步解析远杂9102抗青枯病的分子基础,本研究以远杂9102和徐州68-4为材料进行转录组测序分析,从转录水平比较分析了抗、感病亲本对青枯菌的响应差异,从全基因组水平分析了花生抗病基因类型、染色体分布以及表达情况,重点分析了抗青枯病主效QTL区间的候选基因。主要研究结果如下:1、远杂9102和徐州68-4接种青枯菌后的枯死率差异显著,分别为20%和100%。转录组测序共获得2,844 Mb clean reads,比对率约71%,表达的基因数目约占所有注释基因的67%。比较抗病品种接种青枯菌和清水处理间基因表达量差异,在5个时间点共发现2192个受青枯菌诱导上调表达的基因,2043个基因下调表达;而感病品种受青枯菌诱导后,上调和下调表达的基因分别有2153个和2464个。抗、感病材料的差异表达基因富集的GO和KEGG在类别和数量上均存在差异。421个基因在抗病材料接种青枯菌后特异差异表达;1893个基因在抗、感病材料间差异表达,为发掘与青枯病抗性相关的基因提供了转录水平的依据。2、根据植物抗病基因数据库,在花生全基因组上共鉴定到抗病候选基因4156个,按照抗病基因的保守结构域的组成划分为15个类别,其中RLK、RLP、NL、CNL、TNL这5类典型的抗病基因分别有536、490、232、182和149个。这些抗病基因分布于花生的20个染色体,其中B02染色体上抗病基因数目最多,为334个。依据上述转录组结果,抗病候选基因在远杂9102中特异表达的有111个、在徐州68-4中特异表达的有104个、均有表达的2216个、均不表达的有1725个。其中5个抗病候选基因在远杂9102中受青枯菌诱导上调表达。此外,65个抗病候选基因在远杂9102中的表达虽然未受青枯菌诱导,但是它们的表达量显著高于感病材料徐州68-4。3、在主效QTL位点qBWRB02.1候选区间共有120个注释基因。其中,有10个基因在抗病材料接种青枯菌后特异差异表达,设计了未知蛋白的基因Arahy.2ZXA1E和Arahy.Z287JL的荧光定量引物,qRT-PCR表明它们在接种后12h和24h在远杂9102中特异上调表达。此外,还鉴定出12个基因在抗、感病材料间差异表达,设计了NBS类抗病候选基因Arahy.5D95TJ的引物,qRT-PCR表明它远杂9102中的表达量高于徐州68-4,而且它的保守结构域与已知花生抗青枯病基因Ah RRS5存在差异(ZHANG et al.,2017),因此,Arahy.5D95TJ极有可能是一个新的花生抗青枯病基因,其基因功能还有待进一步验证。本研究将有助于在分子层面解析花生响应青枯菌侵染的基因功能,挖掘抗病反应相关候选基因,为花生病害防御和控制及抗病育种研究提供可用基因资源。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2021
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