谷子NBS类抗病基因的生物信息学分析及在锈菌胁迫中的表达
【摘要】： 核苷酸结合位点（NBS）类型的抗病基因是植物抗病（R）基因中最大的一类。利用抗病基因的同源序列（RGAs），获得NBS类抗病基因的同源序列，并对其功能进行研究，可为进一步克隆R基因及其介导的抗病分子机制奠定基础。本研究利用生物信息学方法，对谷子2个基因组序列（豫谷1号和张谷）进行分析，从中筛选出含有NBS结构的RGAs，并分析了其数量、类型、系统进化关系等。通过geNorm、Normfinder、Bestkepper3个软件分析了25S rRNA、18S rRNA、17S rRNA、GAPDH、ACTB和UBQ基因表达的稳定性，确定了适于定量分析谷子基因表达的内参基因。利用实时定量PCR（Q-PCR）技术，对其中2个NBS类RGAs在谷子抗锈过程中的表达水平进行分析，为明确NBS类RGAs的功能及其在抗病过程中分子机制奠定基础。本研究获得如下主要结果：1.利用同源序列比对，从豫谷1号中获得了269个NBS类抗病基因同源序列（RGAs），从张谷中获得281个NBS类RGAs。将2个谷子品种中所获得的NBS类RGAs进行比较，发现164个基因的序列相似度达90%以上，其中72个基因的序列完全相同。2.将所获得的NBS类RGAs进行分类，确定了所获得的基因序列可分为6种类型：CC-NBS、CC-NBS-LRR、NBS、NBS-LRR、TIR-NBS和Others。分析发现，CC-NBS-LRR类RGAs的数量最多，TIR-NBS类RGAs数量最少。豫谷1号共有87个CC-NBS-LRR类同源基因，占总数的35%；张谷中有81个CC-NBS-LRR类同源基因，占其总数的29%。豫谷1号仅有2个TIR-NBS类同源基因，张谷中没有TIR-NBS类同源基因。3.通过对所获得的NBS类RGAs进行物理定位分析，发现位于第8染色体上的基因数量最多（豫谷1号86个，张谷112个），在第9染色体上的基因数量最少（豫谷1号8个，张谷12个）。对来源不同的同一基因所在染色体的位置进行分析，发现大多数基因在染色体上的位置相同，仅有少数基因存在位置颠倒。通过对所获得的NBS类RGAs进行分析发现，豫谷1号中有161个基因是以基因簇形式存在于基因组中的，共形成了34个基因簇；张谷中有151个基因形成了28个基因簇。其中最大的基因簇均位于第8条染色体上，分别含有12、16个基因。4.利用Q-PCR技术，对谷子ACTB、UBQ、17S rRNA、Gapdh、18S rRNA和25SrRNA基因的表达进行分析，发现25S rRNA在不同品种的叶片中表达水平最为稳定，其次是18S rRNA，因此25S rRNA和18S rRNA可作为基因表达研究的内参基因。研究发现，豫谷1号在接种锈菌后的不同时间时，18S rRNA的表达水平最为稳定；在豫谷1号不同组织中，17S rRNA的表达水平最为稳定。5.对NBS-1（NBS）、NBS-2（NBS-LRR）基因进行Q-PCR分析，发现NBS-1、NBS-2在抗病品种十里香和感病品种豫谷1号中的表达规律基本一致，均为接菌后表达水平显著下降，随后表达水平逐渐上升；且在抗病品种中的表达水平均明显高于感病品种，初步确定NBS-1、NBS-2为谷子抗锈病相关基因。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
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