本文關(guān)鍵詞：水稻抗稻瘟病QTLs的整合及其基因挖掘與表達研究　出處：《福建農(nóng)林大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是最重要的糧食作物之一,也是世界1/2以上人口的主食。但由真菌Magnaporthe oryzae侵染引起的稻瘟病可以造成水稻的大幅度減產(chǎn),嚴重時甚至顆粒無收。我國作為世界最重要的水稻產(chǎn)區(qū),稻瘟病是我國水稻最主要的病害之一。選育和推廣抗病水稻新品種(組合)是控制稻瘟病最安全、經(jīng)濟與環(huán)保的措施。但田間稻瘟病菌群體變異頻繁,常常導致抗病水稻品種在應用數(shù)年后就喪失抗病能力。水稻品種對稻瘟病的抗性主要表現(xiàn)為部分抗性,即數(shù)量抗性或田間抗性,這是由多基因控制的抗性。因此,研究人員著力于不斷挖掘不同種植區(qū)水稻的抗稻瘟病基因,然后才能希望利用不同基因的組合,培育出抗稻瘟病的水稻新品種。本文以感病親本品種C039及其抗病近等基因系C101LAC、C101A51、 C101PKT和C105TTP-4L23(簡稱CN-1、CN-2、CN-4a和CN-4b)為材料,以稻瘟病菌高毒力菌株GUY11和福建流行菌株81278ZB15為脅迫因子,應用基因組重測序、RNA-seq、雙向電泳(2-DE)、質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS/MS)等技術(shù),從DNA、RNA和蛋白質(zhì)三個層次,系統(tǒng)地開展水稻抗稻瘟病基因的挖掘及其表達模式研究,取得如下研究結(jié)果。1.水稻抗稻瘟病QTLs的整合首先對現(xiàn)有文獻已報道的水稻抗稻瘟病QTLs進行元分析,整合獲得24個水稻抗稻瘟病Meta-QTLs位點,平均每個位點的大小為2.7Mbp。元分析縮小了QTLs的置信區(qū)間,提高了QTLs定位的精度,同時也整合了前人的同類研究成果。在此基礎(chǔ)上,將24個Meta-QTLs上下游標記的遺傳距離映射到RAP-DB數(shù)據(jù)庫水稻日本晴基因組上,獲得各Meta-QTLs的物理圖距,發(fā)現(xiàn)在24個Meta-QTLs上共有7949個基因,結(jié)合R基因的NBS-LRR結(jié)構(gòu),定位到其中有111個NBS-LRR型R基因,進一步壓縮了水稻抗稻瘟病基因的篩選范圍。2、水稻抗稻瘟病Meta-QTLs上潛在抗稻瘟病基因的篩選應用基因組重測序技術(shù),結(jié)合感病親本C039及其抗稻瘟病的4個NILs品系對兩種稻瘟病菌菌株的不同抗感性狀表現(xiàn),從抗GUY11菌株的CN-4b品種的抗稻瘟病Meta-QTLs位點上挖掘出潛在抗GUY11菌株的基因203個,4個供試NILs品種分別特有的潛在抗81278ZB15菌株的基因202、192、74和289個,共有的潛在抗81278ZB15菌株的基因13個。再次壓縮了水稻抗稻瘟病基因的篩選范圍。3、水稻抗稻瘟病Meta-QTLs上RNA差異表達分析應用RNA-seq技術(shù),分析兩種稻瘟病菌菌株侵染下水稻RNA的差異表達,結(jié)合各供試水稻品種對兩種稻瘟病菌菌株侵染的抗感性狀表型,篩選到201個GUY11侵染24h下抗病水稻特有差異表達的RNA,其中10個是上述篩選到抗GUY11的基因,包括5個上調(diào)表達和5個下調(diào)表達基因,從基因和RNA表達水平揭示該5個基因?qū)λ究笹UY11侵染能力的貢獻作用。而且其中3個上調(diào)表達基因的功能未知,是下一步開展抗稻瘟病基因功能試驗分析的首先研究對象。同時,本文研究也發(fā)現(xiàn)稻瘟病菌侵染24h水稻差異表達的基因明顯多于48h,說明稻瘟病菌侵染24h是水稻應激防御的關(guān)鍵期。4、水稻抗稻瘟病菌脅迫的蛋白質(zhì)差異表達分析應用差異蛋白質(zhì)組學技術(shù),鑒定兩種稻瘟病菌菌株侵染下供試水稻品種共有的50個差異表達蛋白質(zhì),對其表達量聚類分析發(fā)現(xiàn),兩種菌株侵染的蛋白質(zhì)表達模塊分別聚為兩大類,說明水稻對兩種菌株侵染的蛋白質(zhì)表達模式不同,也說明兩種菌株具有不同的侵染機制。功能模塊聚類的結(jié)果也獲得相同結(jié)論。同時,研究結(jié)果表明抗GUY11的CN-4b在脅迫的24和48h聚為一類,有別與其他供試品種,進一步挖掘發(fā)現(xiàn)其中26個蛋白質(zhì)在CN-4b中表達量高于其他品種,也就是說該26個蛋白質(zhì)的高表達使CN-4b具有與其他品種不同的抗GUY11菌株的能力。在26個高表達的蛋白質(zhì)中,有12個其RNA也是高表達。從RNA和蛋白質(zhì)層次,說明該12個蛋白質(zhì)在水稻抗GUY11菌株侵染中的重要作用。菌株81278ZB15侵染下,各供試水稻品種的蛋白質(zhì)表達聚類跨度較大,但仍能發(fā)現(xiàn)被侵染24h和48h的CN-4b與侵染24h的CN-4a聚為一類。再次說明CN-4b具有不同于其他品種較強的抗稻瘟病能力�？傊�,本文研究逐步縮小了水稻抗稻瘟病基因的篩選范圍,甚至獲得了3個在GUY11侵染下抗病的CN-4b中上調(diào)表達的潛在抗稻瘟病基因。同時,從轉(zhuǎn)錄組層次闡述了稻瘟病菌侵染24h是水稻應激反應的關(guān)鍵期,也從差異蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)探究了品種間抗稻瘟病能力差異的蛋白質(zhì)表達基礎(chǔ)。本文研究為水稻抗稻瘟病基因的功能分析指明了方向,也為培育出抗稻瘟的水稻新品種奠定了理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Rice ( Oryza sativa L . ) is one of the most important food crops and is the staple food of more than 1 / 2 population in the world .

【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S435.111.41
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本文編號：1418448