本文關(guān)鍵詞：水稻惡苗病抗性相關(guān)基因的鑒定及多抗基因的聚合育種利用

  更多相關(guān)文章： 水稻 惡苗病 轉(zhuǎn)錄組 蛋白質(zhì)組 QTL定位 抗性聚合

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的糧食作物之一,養(yǎng)活50%的世界人口。與其它作物類似,水稻也會遭遇許多病害,對產(chǎn)量造成一定的損傷。由F.fujikuroi真菌造成的水稻惡苗病,可導(dǎo)致作物產(chǎn)量減少達(dá)40%以上,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,非常有必要對惡苗病做一個系統(tǒng)的的研究,為惡苗病抗性的分子遺傳機(jī)制研究的突破和深入研究提供參考。另外,抗性基因的挖掘最終是為了育種利用,目前,稻瘟病、白葉枯病、紋枯病、惡苗病、稻曲病、褐飛虱和白背飛虱等病蟲害對水稻造成很大的產(chǎn)量損失。選育具有多抗基因的新品系,對確保水稻的產(chǎn)量安全至關(guān)重要。本研究對不同水稻品種接種惡苗病前后的幼苗進(jìn)行mRNA測序和蛋白質(zhì)組相對定量分析,同時(shí)利用RIL永久群體進(jìn)行惡苗病抗性的QTL定位研究,通過轉(zhuǎn)錄組與蛋白組定量聯(lián)合分析,以及QTL定位的結(jié)果,鑒定差異表達(dá)基因、差異表達(dá)蛋白和惡苗病抗性相關(guān)QTLs,闡述惡苗病抗性的分子遺傳機(jī)制,為惡苗病抗性基因的克隆和育種利用奠定基礎(chǔ)。在抗性基因的育種利用方面,本研究通過分子標(biāo)記輔助選擇(MAS)技術(shù)聚合抗病和抗褐飛虱基因,選育新的恢復(fù)系,并評價(jià)新品系在兩年不同氣候條件下人工接種病蟲后的抗性表現(xiàn)。研究結(jié)果有利于水稻的抗性育種。1、將1個中抗惡苗病的秈稻品種9311和1個感病的粳稻品種日本晴通過RNA-Seq測序進(jìn)行表達(dá)譜分析。通過對照和處理的表達(dá)譜比較分析,9311品種共獲得1,152個差異表達(dá)基因,日本晴則獲得1,052個差異表達(dá)基因。進(jìn)一步比較兩個品種在轉(zhuǎn)錄組水平上的差異,發(fā)現(xiàn)兩個品種存在不同的表達(dá)模式。通過GO注釋和富集分析,雖然兩個品種具有一樣的與防御相關(guān)的GO條目,但有部分防御相關(guān)的GO條目在9311品種中特異性富集。對防御相關(guān)的差異表達(dá)基因的具體分析發(fā)現(xiàn),部分WRKYs,WAK和MAP3Ks與9311品種的惡苗病抗性有關(guān)。OsWAK112d在9311品種中上調(diào)。在日本晴品種中,與抗非生物逆境脅迫有關(guān)的POEI基因上調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步分析了各染色體上差異表達(dá)基因占總轉(zhuǎn)錄本的比例,并結(jié)合已有文獻(xiàn)關(guān)于惡苗病抗性相關(guān)QTL定位的結(jié)果,我們推測,9311品種感染惡苗病后,第1染色體上的與防御相關(guān)的WRKY和MARK基因被調(diào)控,這些基因可能發(fā)揮著重要作用。但還需對這些基因進(jìn)一步的鑒定和功能驗(yàn)證,可為水稻抗惡苗病分子育種奠定基礎(chǔ)。2、在轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的基礎(chǔ)上,以抗病的9311品種接種惡苗病菌,利用TMT技術(shù),研究其蛋白質(zhì)組水平的變化。結(jié)果表明,鑒定到的蛋白數(shù)量為8694個,其中差異表達(dá)蛋白有116個,包括89個上調(diào)的和27個下調(diào)的差異表達(dá)蛋白；這說明當(dāng)水稻面臨病害等逆境時(shí),往往需要通過調(diào)控更多蛋白的上調(diào)表達(dá),來抵御病菌的侵入。差異表達(dá)蛋白的PATHWAY富集分析表明,富集程度最高的主要包括苯丙氨酸代謝,氮素代謝,苯丙素的生物合成,二萜類化合物的生物合成,花生四烯酸代謝和鈣信號通路等。這些代謝通路直接或間接參與水稻對惡苗病菌的抗病反應(yīng)。9311的蛋白組和轉(zhuǎn)錄組的關(guān)聯(lián)性分析發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)組水平上116個差異表達(dá)蛋白對應(yīng)的基因與轉(zhuǎn)錄組水平發(fā)現(xiàn)的1152個差異表達(dá)基因之間共有22個基因關(guān)聯(lián),這些關(guān)聯(lián)基因在轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組水平的調(diào)控方向基本一致。GO注釋和富集結(jié)果表明,這些關(guān)聯(lián)基因主要在離子結(jié)合、囊泡和催化等方面發(fā)揮作用。研究結(jié)果為后續(xù)確定深入研究的代謝通路以及關(guān)鍵蛋白的鑒定提供依據(jù)。3、利用1個秈秈交重組自交系(RILs, Recombinant Inbred Lines)培矮64S/9311群體的132個株系,以及1個秈粳交重組自交系日本晴/9311群體的159個株系,進(jìn)行惡苗病抗性的QTL定位,其中培矮64S/9311群體在接種惡苗病菌后分別對其徒長和苗重性狀進(jìn)行了分析和QTL定位,日本晴/9311群體群體調(diào)查了接種惡苗病菌后的徒長性狀并進(jìn)行QTL定位分析。根據(jù)兩個RIL群體接種惡苗病菌后徒長和苗重變化的性狀,以及定位群體已有的分子遺傳圖譜,共檢測到7個QTL,能解釋表型抗性變異的11.0%-22.3%。其中,以徒長為惡苗病菌處理后調(diào)查的性狀,共檢測到4個QTL(qBE1.1, qBE9, qBE1.2和qBE3),它們分布于第1、3、9染色體；以苗重為調(diào)查性狀,共檢測到3個QTL (qBWl, qBW3和qBW6),它們分布于第1、3、6染色體。徒長和苗重兩個性狀表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。而且,QTL物理區(qū)間的比較發(fā)現(xiàn),培矮64S/9311群體苗重性狀相關(guān)的QTL和日本晴/9311的徒長性狀相關(guān)的QTL的物理區(qū)間較接近,即,qBWl和qBE1.2、 qBW3和qBE3之間的物理區(qū)間有重疊。進(jìn)一步查詢表達(dá)譜分析獲得的關(guān)鍵基因的物理距離,并與已報(bào)道的惡苗病抗性QTL以及本研究獲得的QTL位點(diǎn)比較,發(fā)現(xiàn)惡苗病抗性相關(guān)的QTL或基因,基本上都分布在第1和3染色體上。4、通過雜交、回交,結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù),以及基于農(nóng)藝性狀的背景選擇育種技術(shù),獲得10個具有抗稻瘟病、白葉枯病和／或褐飛虱基因的新品系。10個新品系中只有HR13具有3個病蟲害的抗性基因。通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù),HR39, HR41,HR42和HR43這4個新品系聚合了稻瘟病和白葉枯病抗性基因,未對褐飛虱抗性基因進(jìn)行檢測和聚合,但也表現(xiàn)為三抗,即抗稻瘟病、白葉枯病和褐飛虱。這可能和它們的供體親本中組14抗褐飛虱有關(guān)。聚合了Pi1和Pi2基因的新品系與具有單一抗性基因Pita的新品系在2013年的抗稻瘟病水平相當(dāng)；但是,在2012年,該年田間小氣候表現(xiàn)為稻瘟病易發(fā)氣候,聚合了Pi1和Pi2基因的新品系比具有單一基因Pita的新品系抗性更好,可能Pita基因易受環(huán)境影響。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S435.111.44

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姜兆遠(yuǎn);任金平;劉曉梅;鄒曉威;郭曉莉;王繼春;溫嘉偉;劉文平;夏海豐;洪德志;;水稻與稻瘟病菌不同小種互作的基因差異表達(dá)譜分析[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年24期

2 劉樹玲;宋東;夏吉秀;蘇蘊(yùn)芳;張曉靜;;赤霉素處理葡萄濃度及時(shí)期的研究探討[J];天津農(nóng)林科技;2013年03期

3 常乘;吳松鋒;馬潔;張偉;朱云平;;基于質(zhì)譜的選擇反應(yīng)監(jiān)測技術(shù)相關(guān)策略和方法的研究進(jìn)展[J];生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展;2012年11期

4 楊海;丁全盛;羅宏海;;外源赤霉素對棉鈴發(fā)育過程中內(nèi)源激素及鈴重的調(diào)節(jié)[J];中國棉花;2012年05期

5 馬曉偉;邢春杰;于金鳳;王勇;陳子豪;王建新;周明國;陳長軍;;水稻惡苗病菌(Fusarium fujikuroi)β-微管蛋白基因克隆及與多菌靈抗藥性關(guān)系[J];微生物學(xué)報(bào);2012年05期

6 龔凌霄;倪勤學(xué);張英;;植物抗毒素研究進(jìn)展及其作為食品功能性成分的應(yīng)用前景[J];天然產(chǎn)物研究與開發(fā);2012年03期

7 趙正娟;田偉;趙敬軍;;DNA序列分析用于常見致病真菌鑒定和分型[J];中國真菌學(xué)雜志;2011年05期

8 李湘龍;柏斌;吳俊;鄧啟云;周波;;第二代測序技術(shù)用于水稻和稻瘟菌互作早期轉(zhuǎn)錄組的分析[J];遺傳;2012年01期

9 付暢;黃宇;;轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺技術(shù)及其在植物抗逆分子生物學(xué)中的應(yīng)用[J];生物技術(shù)通報(bào);2011年06期

10 季芝娟;馬良勇;李西明;楊長登;;水稻種質(zhì)資源惡苗病抗性鑒定[J];浙江農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王彪;水稻感染RSV產(chǎn)生癥狀的蛋白質(zhì)組學(xué)分析及RNAi介導(dǎo)的抗RSV和RBSDV轉(zhuǎn)基因水稻研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

2 蘇亞春;甘蔗應(yīng)答黑穗病菌侵染的轉(zhuǎn)錄組與蛋白組研究及抗性相關(guān)基因挖掘[D];福建農(nóng)林大學(xué);2014年

3 晁金泉;稻曲病侵染過程以及水稻響應(yīng)稻曲菌侵染的轉(zhuǎn)錄組變化[D];武漢大學(xué);2013年

4 王雪;大豆抗胞囊線蟲機(jī)制及與抗性相關(guān)的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 沈偉偉;水稻不育系苗期應(yīng)答稻瘟病菌侵染的差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2012年

，

本文編號：1297775