鹰嘴豆对Ascochyta rabiei的抗性评价及抗病材料苗期转录组差异表达分析

• 作 者: 陈晓露
• 机 构: 新疆农业大学
• 出 处: 新疆农业大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 鹰嘴豆

鹰嘴豆是一种一年生豆科草本作物，具有营养丰富、用途广泛且耐旱耐贫瘠的特点，在世界范围内广泛分布。新疆昌吉州木垒县是我国鹰嘴豆的主产区，随着鹰嘴豆壳二孢叶枯病（病原菌为A.rabiei）的出现和传播，该地区的鹰嘴豆生产受到严重影响。本文以6份鹰嘴豆材料的抗性评价和A.rabiei对鹰嘴豆抗性材料的侵染过程研究入手，开展A.rabiei侵染胁迫下的鹰嘴豆抗病材料苗期转录组的差异表达分析，获得以下研究结果：（1）、鹰嘴豆材料抗性评价结果：6份材料中，“系选03”在2016年室内鉴定表现为抗（R），2013年室内和田间鉴定为抗（R）和中抗（MR）；“216”在2016年室内鉴定表现为中抗（MR），2013年室内和田间鉴定为抗病（R）和中抗（MR）；“169”和“177”在三次鉴定中均表现为高感（HS）；“224”在三次鉴定中均表现为敏感（S）；“乌什”在2016年室内鉴定表现为高感（HS），2013年室内和田间鉴定为高感（HS）和敏感（S）。（2）、A.rabiei对鹰嘴豆抗性材料的侵染过程研究：接种后12～24h，可见有孢子聚集粘附于鹰嘴豆叶片的表皮部位；接种后24～48h，可见大量孢子伸长，伸长孢子多聚集于叶片的气孔细胞周围，或缠绕于叶片绒毛上，部分伸长的菌丝伸入鹰嘴豆叶片气孔，开始侵入鹰嘴豆叶片表皮；接种后48～96h，可见A.rabiei孢子中发生伸长的数量逐渐增多，病原菌孢子通过伸长不断侵入鹰嘴豆叶片的表皮，多经气孔细胞侵入。（3）、A.rabiei胁迫下鹰嘴豆转录组差异表达分析：10个鹰嘴豆样品，共获得CleanData60.75Gb，10个测序样品的Q30≥91.71%。10个样品的测序数据与鹰嘴豆基因组的比对效率介于88.16～93.28%，25,282个基因被比对到鹰嘴豆基因组中。在10个鹰嘴豆样品的测序数据中，发掘SNP位点数目介于9,415～10,628之间。发掘未注释鹰嘴豆基因950个，其中813个获得功能注释，在获得的新注释基因中发掘出338个DEGs，占获得新注释基因41.57%。比对结果成阳性的鹰嘴豆基因中，发现7,410个DEGs，占比33.51%。接种后36h和接种后96h样品之间，在新注释基因中共获得101个重叠的DEGs，其中有85个DEGs在不同时间点具有相同的表达模式。主要涉及胞内物质转运、核酸结合蛋白功能、植物病原互作和转录因子调控等生物学过程；在与鹰嘴豆基因组比对结果成阳性的基因中，接种后36h获得3,573个DEGs，其中有2,088个基因表达上调，占比58.4%，1,485个基因表达下调，占比41.56%；接种后96h，获得7,253DEGs，其中3,332个基因表达上调，占比45.94%，3,921个基因表达下调，占比54.06%。接种后36h和接种后96h之间，发现3,010个重叠DEGs，其中有2,990个DEGs在不同处理时间下具有相同的表达模式。在KEGG、COG、Swiss-Prot、GO和nr数据库中，接种后36h，鹰嘴豆基因组中的差异表达基因分别有849、1,671、2,830、3,057和3,557个获得注释；接种后96h，鹰嘴豆基因组中的差异表达基因有1,628、3,262、5,618、6,100和7,216个获得了功能注释。随机挑选16个DEGs，经qRT-PCR验证表达量变化趋势与测序结果相同。
　　研究结论：（1）、“系选03”具有稳定抗性，可用于鹰嘴豆抗病育种。（2）、接种后24～48h，是A.rabiei孢子侵入鹰嘴豆表皮组织的关键时间。（3）、在接种后36h，鹰嘴豆抗病材料转录组的调控主要在光合作用减弱、卟啉与叶绿素代谢减弱和植物病原互作增强这几个方面。鹰嘴豆响应病原菌侵染胁迫的转录组调控基因位点主要包括引起超敏反应的NOS信号传导调控基因、引起的植物光系统自我修复功能抑制的ER-TU系列识别因子调控基因、热激蛋白调控基因和植物激素信号传导途径调控基因。接种后96h时，鹰嘴豆抗病材料的转录组调控主要集中在光合作用增强、核糖体代谢活性降低和光合固氮代谢增强这几个调控途径。由A.rabiei侵染诱导的鹰嘴豆转录组差异表达位点主要是植物病原识别信号（PAMP）传导途径的调控基因：NOS信号与Ca2+信号传导途径调控基因和植物激素信号传导途径调控基因。