甲基磺酸甲酯处理对白花泡桐丛枝病发生基因表达变化的影响

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由植原体侵染泡桐韧皮部而导致的泡桐丛枝病(Paulownia Witches Broom,PaWB)是泡桐生产中的致命病害,这种传染性病害具有危害性高、治愈难、致死率高等特点,给农林业生产带来了严重的经济损失。转录组学分析使人们了解植物环境变化的表达谱;时间序列转录组分析可以帮助了解植物对环境变化反应的敏感期。权重基因共表达网络分析(WGCNA)分析不仅可以识别具有较高生物学意义的模块;还可以识别那些具有高连通性或模块中的基因。因此,为深入挖掘与泡桐丛枝病发病密切相关的基因,解析泡桐丛枝病发病机理,本研究选取不同浓度及不同时间点(20 mg·L-1和60 mg·L-1甲基磺酸甲酯methyl methane sulfonate,MMS)处理的白花泡桐患病幼苗和白花泡桐健康幼苗,模拟了泡桐由感病→形态恢复健康→患病以及逐渐恢复健康的过程。利用Illumina HiSeq高通量测序技术,构建泡桐响应植原体侵染的转录组数据库。采用“标准分析”和“网络分析”两种方法对转录组数据进行分析。在标准分析中,通过对各比对组进行比对分析挖掘与泡桐丛枝病发生相关的基因,并对其进行生物信息学分析,了解其参与的信号通路和生物学功能。利用网络分析方法,基于白花泡桐转录组利用WGCNA构建了泡桐的基因共表达网络,重点解析与泡桐丛枝病发生具有较高相关性的模块,挖掘与泡桐丛枝病密切相关的基因。现将具体研究结果归纳如下:(1)利用RNA-seq技术,完成13个样品的测序。各样品Clean Data均达到11.94 Gb以上,Q30碱基百分比均在88.88%及以上,分别将各样品的Clean Reads与泡桐基因组进行序列比对,比对效率从65.17%到81.33%不等。(2)发现了MMS处理下不同时间点基因变化的趋势。处理阶段中,PFI 20-10中与病苗中不同的基因最少,敏感性最弱;PFI 20-15和PFI 20-30中与病苗中不同的基因最多,敏感性最强;PFI 60-10与健康苗中不同的基因最多,敏感性最强;PFI 60-20与健康苗中不同的基因最少,敏感性最弱;20 mg·L-1MMS处理阶段中,PFI 20-5基因数目变化最大;恢复阶段中,基因数目变化不大。60 mg·L-1MMS处理阶段中,PFI 60-20基因数目变化最大。(3)筛选出与丛枝病发生特异相关的基因。通过比对分析鉴定到57个与泡桐丛枝病发生相关的基因。参与的GO条目有:真菌的防御反应、木质素分解过程等。富集的KEGG代谢通路主要有:植物激素信号转导途径和玉米素生物合成。基于白花泡桐转录组,通过WGCNA构建泡桐基因共表达网络,得到3个与泡桐丛枝病发生相关的模块,模块中的基因与泡桐感病后的形态变化密切相关。对3个模块进行可视化分析,得到了8个核心基因,分别为:玉米素O-葡萄糖基转移酶、细胞分裂素脱氢酶、水通道蛋白TIP2、果糖二磷酸醛缩酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶,叶绿素a-b结合蛋白7、叶绿素a-b结合蛋白cp26、叶绿素a-b结合蛋白。
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