隨著生物科學技術的發(fā)展,基因組高通量測序技術(High-throughputsequencing),又稱“下一代”測序技術(Next-generation sequencing technology)以及基因組三代測序技術的出現,使得對一個物種的轉錄組和基因組進行精細分析成為可能。而轉錄組測序已成為研究基因表達的主要手段,轉錄水平的調控是目前研究最多,也是生物體最重要的調控方式。本文應用二代測序技術,以兩個稻瘟病菌生理小種,GUY11(高致病性)和81278ZB15(福建流行病菌)為脅迫因子,對感稻瘟病水稻品種C039的3個抗稻瘟病近等基因系品種,包括CN1,CN-4a和CN-4b,在稻瘟病菌侵染的不同時期進行轉錄組測序(RNA-seq)。經過對原始RNA-seq數據的過濾、基因組映射、差異表達基因分析與GO注釋、抗GUY11候選基因的篩選與功能驗證等方面研究,獲得如下研究結果:1.供試3個水稻品種對稻瘟病菌81278ZB15均表現抗性,但只有CN-4b對稻瘟病菌GUY11具有抗性。對供試3個水稻品種分別在2種稻瘟病菌脅迫24h和48h的樣本的轉錄組測序結果表明,各樣本的高質量測序數據占轉錄組數據的比例在92.74-95.41%間。以水稻粳稻品種日本晴(Nipponbare)為參考基因組,利用TopHat工具將測序reads比對到參考基因組上,各樣本測序reads比對上的比例分布在76.8%至85.2%之間,其中外顯子的比例高于74.5%,且序列在基因的5'-3'方向分布均勻。這些結果說明轉錄組測序數據質量較高,可用于下一步的基因差異表達分析。2.應用Cuffdiff軟件分析不同水稻品種在不同稻瘟病菌侵染下的轉錄組數據,獲得不同稻瘟病菌脅迫下不同水稻品種中顯著差異表達的基因。兩種不同稻瘟病菌侵染24h,各品種中差異表達基因數量高于被侵染48h差異表達基因的數量;且侵染24h時CN-4b中有7062個基因顯著差異表達(其中上調表達的基因有2470個),遠高于另外2個供試品種的差異表達基因數量(分別為2808和2586個)。上調表達基因的GO注釋分析結果表明,水稻CN-4b在脅迫24h時上調差異表達基因的GO注釋通路顯著差異與供試的另外2個水稻品種,且主要富集在translation(翻譯),gene expression(基因表達)。這為下一步篩選抗稻瘟病菌GUY11的水稻基因指明了方向。3.轉錄組測序結果表明,在稻瘟病菌生理小種GUY11脅迫下,水稻CN-4b中的基因LOC_Os08g13465差異表達,即在GUY11脅迫下,其表達量顯著高于另外兩個水稻品種,qRT-PCR試驗進一步驗證了其差異表達結果。然后,應用CRISPR/Cas9技術確認該基因具有抗稻瘟病菌GUY11侵染的功能。轉錄因子搜索獲得該基因兩個潛在的轉錄因子,TRAB1與OSBZ8。且轉錄因子TRAB1在GUY11侵染24h下CN-4b中的表達量顯著高于另外兩個感GUY11侵染的水稻品種。由此可見,稻瘟病菌GUY11脅迫24h,CN-4b中轉錄因子TRAB1被誘導高表達,調控抗GUY11侵染基因LOC_Os08g13465的高表達,啟動水稻免疫機制,以抵制GUY11的侵染,這與前述研究發(fā)現稻瘟病菌侵染24h是水稻啟動免疫反應關鍵期的結果相一致。本文研究結果初步揭示了水稻抗稻瘟病菌GUY11侵染的機制,為培育抗稻瘟病的水稻新品種奠定了基礎。
【學位單位】：福建農林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S435.111.41
【部分圖文】：

逑ｉｓｏｆｏｒｍｓ．ｆｐｋｍｊｒａｃｋｉｎｇ包含轉錄本表達水平信息，ｓｋｉｐｐｅｄ．ｇｔｆ包含未匹配上的轉逡逑錄本信息。Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ．ｇｔｆ即為該樣本的轉錄本信息文件，其文件內容見圖３－１０，逡逑其前７列為標準的ＧＴＦ格式，最后一列為ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ。其每一列的意義：逡逑（ｌ）ｃｈｒｌ：序列名，染色體或邋ｃｏｎｔｉｇ邋名（２）Ｃｕｆｆｌｉｎｋｓ：逡逑來源，產生該文件的程序名⑶類型：ｅｘｏｎ記錄的類逡逑型，一般是ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ或ｅｘｏｎ⑷１：開始位置逡逑（５）邋１０００：結束位置（６）邋１０００：打逡逑分逡逑（７）

Ｆｉｇ．３－１２邋Ｖｅｎｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＤＥＧｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋３邋ｔｅｓｔ邋ｒｉｃｅ邋ｕｎｄｅｒ邋２４ｈ邋（Ａ）邋ａｎｄ邋４８ｈ邋（Ｂ）邋ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｂｌａｓｔ逡逑ｒａｃｅｓ．逡逑對差異表達基因中上調基因進行交集分析，結果見圖３－１３。如圖３－１３Ａ所逡逑示，３個供試水稻品種在兩個稻瘟病菌生理小種侵染的２４ｈ共同上調差異表達的逡逑基因有１０４個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ａ相同的上調差異表達基因有１３４個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ｂ逡逑相同的上調差異表達基因有２７５個，ＣＮ－４ａ與ＣＮ－４ｂ相同的上調差異表達基因逡逑有８５２個。如圖３－１３Ｂ所示，３個供試水稻品種在兩個稻瘟病菌生理小種侵染的逡逑４８ｈ共同上調差異表達的基因有２１個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ａ相同的上調差異表達基因逡逑有２７３個，ＣＮ－丨與ＣＮ－４ｂ相同的上調差異表達基因有３２個，ＣＮ－４ａ與ＣＮ－４ｂ逡逑相同的上調差異表達基因有７１個。逡逑２５逡逑

Ｆｉｇ．３－１３邋Ｖｅｎｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｕｐ－ｒｅｇｕｌａｔｅｄ邋ＤＥＧｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋３邋ｔｅｓｔ邋ｒｉｃｅ邋ｕｎｄｅｒ邋２４ｈ邋（Ａ）邋ａｎｄ邋４８ｈ邋（Ｂ）逡逑ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｂｌａｓｔ邋ｒａｃｅｓ．逡逑對差異表達基因中下調基因進行交集分析，結果見圖３－１４。如圖３－１４Ａ所逡逑示，３個供試水稻品種在兩個稻瘟病菌生理小種侵染的２４ｈ共同下調差異表達的逡逑基因有４９個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ａ相同的下調差異表達基因有２０３個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ｂ逡逑相同的下調差異表達基因有４０４個，ＣＮ－４ａ與ＣＮ－４ｂ相同的下調差異表達基因逡逑有６５４個。如圖３－１４Ｂ所示，３個供試水稻品種在兩個稻瘟病菌生理小種侵染的逡逑４８ｈ共同下調差異表達的基因有２個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ａ相同的下調差異表達基因逡逑有１１１個，ＣＮ－１與ＣＮ－４ｂ相同的下調差異表達基因有６個，ＣＮ－４ａ與ＣＮ－４ｂ相逡逑同的下調差異表達基因有１０個。逡逑由上可見，在兩個稻瘟病菌生理小種侵染的２４ｈ，水稻ＣＮ－４ｂ中有２４７０個逡逑獨有的上調差異表達基因

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本文編號：2833207