向日葵—锈菌互作的转录组分析及抗病基因的挖掘
向日葵—锈菌互作的转录组分析及抗病基因的挖掘
【摘要】： 向日葵广泛种植于我国东北、内蒙古、新疆等地,在向日葵生产过程中,由向日葵柄锈菌引起的向日葵锈病严重影响了向日葵的生产和种植,导致品种抗性的减弱并促使新小种的产生。对此,本研究为系统了解病原物与寄主互作的转录组特性,利用Illumina HiSeq 2500测序平台为向日葵-锈菌互作的转录组进行高通量测序,并进一步筛选和挖掘相关抗病基因。研究主要结论如下:1.本研究通过RNA-Seq技术从总RNA中分离出mRNA后反转录成cDNA,然后对cDNA文库进行高通量测序,在得到的9个RNA样本中,A260/280值大致在1.92~1.97范围内。利用Agilent 2100分析仪对向日葵叶片三个样本非亲和组合(B-1,B-2,B-3)、亲和组合(C-1,C-2,C-3)和对照组(A-1,A-2,A-3)进行RNA-seq测序并进行比对,所得结果显示Q20百分比均高于97%,Q30百分比均高于93%,比对到参考基因组序列的reads占Total reads的比例均高于76.64%,满足分析需求。2.基于上述高质量测序结果,对取得的clean reads进行de novo组装,组装所得序列的长度范围均在100~3000bp之间,并按照序列长度为unigene进行分类,得出长度在>=3000bp的序列条数占比最多,其次是序列长度在600~699bp范围内,占比最少的是100~199bp的长度范围。3.通过将三组样品两两比较或三组比较进行筛选差异表达基因,样品A和样品B之间共有1799个差异表达基因,样品B和样品C之间共有2078个差异表达基因,样品C和样品A之间共有2611个差异表达基因。此外,将C-B-A三组样品按照不考虑上调或者下调,只要有差异就保留的原则进行三组比较,得到差异表达基因585个。4.将差异表达基因用GO做功能分类,结果表明:在细胞组分中,显著富集最明显的GO term是“鞭毛”和“游动鞭毛”;在分子功能中,显著富集最明显的GO term是“几丁质结合活性”和“嘌呤核苷结合活性”、“嘌呤核糖核苷结合活性”;在生物学过程中,显著富集最明显的GO term是“应激反应”、“花粉识别”和“细胞识别”。5.经差异表达基因的KEGG pathway注释及显著性富集分析结果得到,在B-VS-A、B-VS-C、C-VS-A中,分别有389、588、634个unigene参与到物质代谢、有机系统、遗传信息处理、环境信息处理、人类疾病、细胞学过程六类生化代谢途径中;在B-VS-A的差异表达基因共有606个基因注释到193个通路,B-VS-C中的差异表达基因共有1047个基因注释到215个通路,C-VS-A中的差异表达基因共有1051个基因注释到211个通路。显著富集的路径有半萜类和三萜类生物合成、苯丙基类生物合成、苯丙氨酸代谢、雌激素信号通路、药物代谢-细胞色素P450、MAPK信号通路、抗原加工和提取等,这表明显著富集的pathway多与物质的生物合成、代谢、转运、加工及生物转化过程等相关。6.经上述数字基因表达谱分析可知,在差异表达基因中,病程相关(PR)蛋白、蛋白激酶、转录因子、光合作用、谷胱甘肽S-转移酶等在植物免疫反应的过程中起着重要作用。因此,它们可能与向日葵的抗病性密切相关。此外,植物与病原菌的相互作用路径、苯丙烷生物合成路径也有可能参与到其抗病反应中去。通过向日葵相关抗锈基因的表达情况可进一步推测其抗锈机制,并为将来开展植物抗病基因的应用奠定了理论基础。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
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