铁皮石斛应答内生真菌侵染的转录组学研究

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本课题通过对转录组数据进行两分组和多分组的个性化分析方法,探究在不同的内生真菌侵染作用下铁皮石斛在不同时间点差异表达的基因功能及代谢通路的变化及铁皮石斛无菌苗对不同内生真菌动态侵染的应答反应特点,通过趋势聚类分析了整个回染周期内不同的内生真菌对铁皮石斛苗植株生长发育过程中可能影响的方向。分析发现地域特异性菌株北洋种A、临沧种B、芒市种C、自贡种L、芒市野生种N和促生作用NT47Y09、NT66G01、NT04Y01、NT12J04回染植物后诱发大量基因差异表达。趋势聚类分析不同模式的subcluster发现各个菌株均会引起碳水化合物代谢和能量代谢主要包括糖酵解和糖质新生、三羧酸循环、磷酸戊糖合成、淀粉和糖代谢、氧化磷酸化、光合作用固碳作用等代谢途径的基因差异表达,其中菌株北洋种A、自贡种L、NT66G01的回染激发了植物激素信号转导及氨基酸的生物合成等途径的基因差异表达,或将对植物发育和对环境的反应精细调控产生影响。芒市种C、芒市野生种N和促生作用NT47Y09、NT66G01、NT04Y01、NT12J04回染使次生代谢产物的合成途径的基因差异表达,可能促进次生代谢产物生成影响次生代谢产物的积累。  进行基于多分组分析的连续表达差异基因的动态表达模式分析并构建动态共表达网络图Path-Act-Network,形成以糖酵解糖质新生、乙醛酸和二羧酸代谢、三羧酸循环为核心,涵盖碳水化合物代谢、能量代谢、脂质代谢、核酸氨基酸代谢、次生代谢产物的生物合成等的多基因网络调控模式复杂的生物互作系统,通过维恩图分析,我们注释到了处于基因信号流中的部分核心基因AHP1、PFK、glpD、BTAl、glgP。  根据转录组的数据分析结果,重点研究了内生真菌回染后铁皮石斛抗逆相关通路苯丙烷类生物合成途径的影响,通过q-PCR在转录水平验证了不同菌株芒市种C、芒市野生种N和促生作用菌株NT47Y09、NT66G01、NT04Y01、NT12J04回染铁皮石斛后苯丙烷类生物合成途径相关基因PAL、CCR、F5H、CHI、C4H、CCoAOMT、POD、CAD、β-葡糖苷酶等的相对表达情况,发现芒市野生种N和NT47Y09回染后能显著提高PAL、C4H、POD、β-葡糖苷酶的相对表达水平,结合转录组数据分析和荧光定量结果,通过测定苯丙烷类生物合成途径关键酶PAL、C4H、POD活性的变化和代谢终产物的酚类物质、类黄酮、木质素的含量,发现芒市野生种N和NT47Y09回染铁皮石斛后可显著提高PAL、C4H、POD的活性,酚类物质、类黄酮、木质素的含量也高于空白对照组,筛选出具有抗逆增效作用的菌株NT47Y09、芒市野生种N。同时验证了促生作用的菌株可能是通过影响糖类代谢关键酶SS、SPS、UGP实现糖积累促进植物的生长发育。  本课题首次利用高通量测序技术采用两分组和多分组的个性化分析方法,通过对不同内生真菌回染铁皮石斛后可能影响到的功能和代谢通路的分析,说明了不同内生真菌的对植物的生长发育过程中不同的影响作用。本实验研究了内生真菌回染铁皮石斛后对铁皮石斛转录水平的影响,初步探究了内生真菌对植物的分子作用机制和促生及抗逆增效机理,为研究内生真菌与植物的生长和次生代谢相互作用的分子机制、内生真菌与植物互作的深入研究的开展及丰富内生菌资源打下基础。
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