匍匐翦股颖接种立枯丝核菌后基因表达变化的转录组学分析

作者：史毅; 牛奎举; 马晖玲

来源：中国农业科学, 2017, 50(17): 3323-3336.

• 匍匐翦股颖
• 立枯丝核菌
• 转录组
• 差异表达基因
• 抗病机制

【目的】确定匍匐翦股颖（Agrostis stolonifera）接种立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）后基因种类和表达量在转录水平的变化规律,明确草坪草病原菌侵染响应的关键基因。【方法】匍匐翦股颖生长14 d后采用麦粒培养物接种立枯丝核菌,接种3 d后选取感病叶片和未接种叶片提取RNA,进行转录组高通量测序,然后利用生物信息学分析,用Trinity组装匍匐翦股颖转录组,以组装子为参考,以|log2（fold change）|>1,q-value<0.005为阈值选取感病和健康匍匐翦股颖叶片转录组的差异表达基因,并用i TAK软件分析其转录因子家族及表达变化,与植物R基因库进行blast分析R蛋白分类、利用Mapman软件分析生物胁迫信号通路相关基因的表达变化。【结果】高通量测序得到125 253 092条高质量待分析reads。经Trinity从头组装后,得到466 761条转录本。过半数的转录本长度为700 bp以上,组装结果 N50=1 100 bp。使用CD-HIT选择334 212条转录本（所有转录本的71.60%）作为Unigene,平均长度573 bp,N50=791 bp。接种后植物比接种前植物基因有7 937个上调表达,1 570个下调表达。上调基因中296个,下调基因有142个都可被定义为转录因子,分布在58个转录因子家族中,其中锌指蛋白包含转录因子C2H2最多,有54个,C3H次之,为22个。差异基因中451个可定义为植物R蛋白表达基因,可分为33类,其中包含NBS-LRR结构域的抗病蛋白、LRR受体蛋白激酶、ABC-2类型的转运蛋白、U-box结构域蛋白激酶和热激蛋白这5类基因变化最显著。差异基因中大量上调表达基因可富集在病原识别、活性氧消除、信号传导、细胞凋亡、病程相关蛋白等生物胁迫相关基因类别,下调基因显著富集在植物生长发育相关类别和通路。q RT-PCR验证了随机挑选差异基因的表达量变化,均与RNA-seq分析结果一致,其中包括12个C2H2转录因子基因,10个C3H转录因子基因,以及12个R蛋白基因。【结论】病原菌侵染后,引起匍匐翦股颖大量基因表达变化,其中转录因子、R蛋白以及抗性相关基因多为上调表达,作用为抑制病原菌扩散,而生长发育相关基因表达下调,这些进程共同使匍匐翦股颖产生对立枯丝核菌的先天基础抗性。

• 单位
  甘肃农业大学; 草地农业生态系统国家重点实验室