芝麻受青枯菌誘導前后的轉錄組測序分析及水通道蛋白家族基因的鑒定.pdf

1、芝麻(Sesamum indicum)是重要的油料作物，其營養(yǎng)價值已經得到廣泛的認可和應用。芝麻青枯病是影響我國南方芝麻產量及質量的重要病害，由青枯雷爾氏菌(Ralstonia solanacearum)引起，屬細菌病害。植物青枯病廣泛分布于溫帶、熱帶和亞熱帶地區(qū)，致病菌株在世界范圍肉傳播擴散，已成為第二大植物細菌病原。由于青枯病的土傳特性，使得該病的防治非常困難，迄今為止尚無有效的防治方法。目前，芝麻中還未發(fā)現(xiàn)高抗青枯病的種質資源，開

2、展芝麻-青枯雷爾氏菌互作機制的研究，闡明病菌致病以及植物感病的機理有助于探索新的抗病育種策略。
　　本試驗選取了芝麻受青枯菌誘導前后的三個不同時期，利用第二代高通量測序儀Illumina HiSeq2500對其進行轉錄組測序，且每個時期做了兩個生物學重復。共獲得了13.5Gb的數(shù)據(jù)，平均每個樣本2.25Gb。生物學重復間的相關性均較好，這表明此次試驗的測序數(shù)據(jù)是可重復及可靠的。原始數(shù)據(jù)質控后用TopHat2回貼到中國農業(yè)科學院油料

3、作物研究所已經公布的芝麻基因組上，利用Cufflinks軟件根據(jù)回貼情況進行表達定量和差異表達等分析。共得到了4367個差異基因，各比較組中下調基因均多于上調基因，S0 vs S1比S1 vs S2中差異基因數(shù)目多一倍多，表明發(fā)病初期芝麻莖部差異表達的基因明顯多于發(fā)病中期，初期轉錄組的變化更為顯著，可能是青枯菌侵染芝麻使其致病的關鍵性時期。通過對差異表達基因的聚類分析將所有差異基因分成了6個聚類群，不同聚類群的基因數(shù)目不一。在聚類分析的

4、基礎上通過agriGO對聚類群分開進行了GO富集分析，發(fā)現(xiàn)差異基因主要富集在碳水化合物代謝、催化結合、脂質代謝和初級代謝等方面。不同聚類群之間富集到的功能有交叉也有不同，具有相似表達模式的聚類群聚集到的功能也相似。Pathway富集分析結果顯示，淀粉和蔗糖代謝和碳代謝在各個聚類群中均有相當數(shù)量的基因分布，C2和C5中聚集到的代謝途徑主要有植物激素信號轉導、植物病原菌的相互作用、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、過氧化物酶體和氨基酸生物合成。其中植物

5、病原菌的相互作用在C1和C6中也有顯著的富集，即包含上調表達基因又包含下調表達的基因。氨基糖和核苷酸糖代謝主要分布于C1和C4中，表明氨基糖和核苷酸糖代謝受青枯菌誘導后在芝麻莖部受到抑制。
　　通過生物信息學手段，結合芝麻基因組注釋信息，鑒定了36個芝麻AQP家族基因，根據(jù)多序列比對及系統(tǒng)進化分析將其分為5個亞家族:13個質膜內在蛋白(PIP)、12個液胞膜內在蛋白(TIP)、8個類NOD26膜內在蛋白(NIP)、2個膜內在小分子

6、堿性蛋白(SIP)和1個未知內在蛋白(XIP)，其中有34個基因定位在12個連鎖群上。同一亞家族成員在基因結構、蛋白序列、亞細胞定位預測及保守性氨基酸殘基等方面都較為相似。病菌誘導表達分析顯示，NIPs、SIPs和XIPs表達無明顯變化，部分PIPs和TIPs能夠響應青枯雷爾氏菌誘導。例如，SiPIP1;2、SiPIP1;3、SiPIP2;3和SiPIP2;4受青枯菌誘導后表達上調，SiPIP1;3和SiPIP2;3為持續(xù)上調,而SiP

7、IP1;2和SiPIP2;4的表達先下調后上調;與之相反，表達下調較為顯著的有SiPIP1;4、SiPIP2;1、SiPIP2;6、SiTIP1;1、SiTIP1;3、SiTIP2;1及SiTIP2;2。上進差異表達基因的qRT-PCR驗證結果與轉錄組測序結果一致。根據(jù)ar/R濾器和P1-P5氨基酸殘基的組成類型，我們預測了不同亞家族AQPs可能識別的底物。青枯菌誘導表達分析表明，部分PIPs和TIPs成員的表達發(fā)生了顯著變化，可能在芝