本文關(guān)鍵詞：侵染玉米的水稻黑條矮縮病毒遺傳變異及其致病途徑解析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：玉米粗縮病(Maize rough dwarf disease,MRDD)是世界性的玉米病毒病害之一,在我國(guó)黃淮海夏玉米區(qū)發(fā)生尤為嚴(yán)重,主要病原為水稻黑條矮縮病毒(Rice black-streaked dwarf virus,RBSDV),由灰飛虱(Laodelphax striatellus,SBPH)介導(dǎo)以持久性傳播。解析我國(guó)玉米粗縮病病原RBSDV遺傳變異,及其在玉米中的致病途徑是玉米粗縮病抗性機(jī)理研究和抗病育種的重要內(nèi)容。本文采集我國(guó)玉米粗縮病高發(fā)區(qū)的玉米和水稻病株,通過(guò)病毒基因組測(cè)序,分析了病毒的遺傳變異與進(jìn)化;通過(guò)研究RBSDV侵染后玉米轉(zhuǎn)錄組、mi RNA-靶基因的差異,解析可能的致病途徑,為玉米粗縮病抗性機(jī)理研究和抗病育種提供基礎(chǔ)。具體研究結(jié)果如下:1.分析來(lái)自2012-2014年9個(gè)地點(diǎn)玉米和水稻病株的RBSDV基因組區(qū)段S1-S10遺傳變異。(1)僅基因組區(qū)段S8存在9bp的缺失,其它區(qū)段均無(wú)插入或缺失突變;兩個(gè)堿基間突變占變異總數(shù)的93.73%-96.11%,轉(zhuǎn)換(transition,76.87%-85.92%)大于顛換(transversion,8.69%-17.43%),其中嘧啶(U/C)間轉(zhuǎn)換最多,占47.72%-59.60%;核苷酸多樣性最高的S9(π=0.0626)極顯著(P0.01)高于最低的S4(π=0.0225);來(lái)自山東濟(jì)南點(diǎn)的RBSDV基因組區(qū)段S9(π=0.0755)和S7(π=0.0391)核苷酸多樣性最高,而江蘇省南京和鹽城的S9(π=0.0391)和S7(π=0.0090)區(qū)段核苷酸多樣性最低,差異達(dá)到極顯著水平(P0.01);玉米和水稻寄主間RBSDV基因組區(qū)段核苷酸多樣性差異不顯著(P0.05);2013年分離株S7序列核苷酸多樣性(π=0.0307)顯著高于2014年(π=0.0244)(P=0.0226)。(2)在S9和S7中分別檢測(cè)到3個(gè)和1個(gè)重組事件,重組事件發(fā)生在不同寄主和地點(diǎn)間。采用46個(gè)非重組的RBSDV分離物S9序列與23個(gè)Gen Bank數(shù)據(jù)庫(kù)中的S9序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)�；赟9系統(tǒng)發(fā)育分析表明中國(guó)玉米粗縮病株的病毒分離物遺傳距離與RBSDV較近,與其它病毒(例如MRDV、MRCV或SRBSDV)遺傳距離較遠(yuǎn);基于S9和S7序列多樣性均將RBSDV劃分為兩個(gè)類群,S7群進(jìn)一步劃分為兩個(gè)亞群,分群與寄主和年份無(wú)關(guān)。(3)在氨基酸水平,P5-2變異最大(平均每10個(gè)氨基酸存在一個(gè)變異),P2變異最小(平均每45個(gè)氨基酸存在一個(gè)變異),同一基因組區(qū)段不同閱讀框(ORF)編碼蛋白的氨基酸變異不一致。(4)預(yù)測(cè)RBSDV S1-S10基因組區(qū)段的保守區(qū),針對(duì)每個(gè)序列的保守區(qū)域設(shè)計(jì)并構(gòu)建了針對(duì)不同靶位的RNAi載體。2.采用49個(gè)S9序列和111個(gè)S7序列分析RBSDV的選擇響應(yīng)。S7(含有兩個(gè)ORF,分別表示為S7-1和S7-2)序列A+U含量豐富,且密碼子多以A-(A3s,S7-1:32.64%,S7-2:29.95%)或U-結(jié)尾(U3s,S7-1:44.18%,S7-2:46.06%);S7密碼子偏性程度低(Nc,S7-1:45.63;S7-2:39.96),突變是RBSDV-S7密碼子偏性的主要原因,且密碼子偏性與年份、寄主及地點(diǎn)無(wú)關(guān);在S7-1和S7-2中共檢測(cè)到12個(gè)最優(yōu)密碼子。S9(含有兩個(gè)ORF,分別表示為S9-1和S9-2)與S7的ORF均承受負(fù)向選擇或純化作用(Ka/Ks ratios:0.0179-0.0589);同一基因組區(qū)段不同ORF選擇壓力水平不同,S9-2承受的選擇壓力顯著高于S9-1(P0.01),S7-1承受的選擇壓力顯著高于S7-2(P0.01);同一ORF在年份間、寄主間和地點(diǎn)間承受的選擇壓力差異不顯著。RBSDV群體呈顯著擴(kuò)增趨勢(shì),在寄主、年份和部分地點(diǎn)間存在頻繁的遺傳交流。3.采用組織超薄切片方法觀察玉米受RBSDV侵染后細(xì)胞組織形態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)病毒主要存在于細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中,病毒侵染后玉米韌皮部、細(xì)胞壁、葉綠體等均有明顯變化。利用RNA-seq技術(shù)對(duì)RBSDV侵染后的玉米轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測(cè)序,顯示發(fā)病相關(guān)、細(xì)胞壁相關(guān)、赤霉素相關(guān)、韌皮部相關(guān)、葉綠素相關(guān)和泛素相關(guān)基因表達(dá)量均存在顯著差異。鑒定出17個(gè)玉米mi RNA家族中31個(gè)響應(yīng)RBSDV的mi RNA成員,表達(dá)量差異均在2倍以上,其中17個(gè)呈上調(diào)表達(dá),14個(gè)呈下調(diào)表達(dá)。采用降解組測(cè)序方法鑒定靶基因,發(fā)現(xiàn)靶基因主要富集的細(xì)胞組件是細(xì)胞核和核糖體,主要功能是與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、DNA模板和DNA結(jié)合有關(guān),其次與金屬離子結(jié)合、水解酶活性、酸酐和磷等以及壓力響應(yīng)和光合作用有關(guān);靶基因多參與光合作用等新陳代謝途徑。轉(zhuǎn)錄組和mi RNA-靶基因差異表達(dá)分析顯示,GRMZM2G069316和GRMZM2G031169基因參與玉米響應(yīng)RBSDV的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。
【關(guān)鍵詞】：玉米粗縮病 水稻黑條矮縮病毒 遺傳變異 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序 致病途徑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S435.131.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 英文縮略表15-17
• 第一章 引言17-28
• 1.1 玉米粗縮病與水稻黑條矮縮病毒17-19
• 1.1.1 玉米粗縮病17-18
• 1.1.2 水稻黑條矮縮病毒及其基因組18-19
• 1.2 RNA干擾技術(shù)在植物抗病毒病育種中的應(yīng)用19-20
• 1.2.1 基因工程在植物抗病毒病中的應(yīng)用19
• 1.2.2 RNAi技術(shù)19
• 1.2.3 RNAi在抗病毒基因工程中的應(yīng)用19-20
• 1.3 植物RNA病毒分子遺傳變異及進(jìn)化20-23
• 1.3.1 植物RNA病毒分子遺傳變異20-21
• 1.3.2 植物病毒密碼子21-22
• 1.3.3 植物RNA病毒群體遺傳結(jié)構(gòu)分析22-23
• 1.4 高通量測(cè)序在植物病毒病研究中的應(yīng)用23-26
• 1.4.1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在植物病毒病研究中的應(yīng)用23-25
• 1.4.2 mi RNA在植物病毒病研究中的應(yīng)用25-26
• 1.5 本文的研究目的和意義26-27
• 1.6 技術(shù)路線圖27-28
• 第二章 水稻黑條矮縮病毒基因組多樣性分析28-47
• 2.1 材料和方法28-32
• 2.1.1 水稻黑條矮縮病毒采集、提取和測(cè)序28-30
• 2.1.2 核苷酸變異和多樣性分析30-31
• 2.1.3 遺傳重組和系統(tǒng)發(fā)育分析31
• 2.1.4 RNAi載體的構(gòu)建31-32
• 2.2 結(jié)果32-44
• 2.2.1 病毒基因組變異32-36
• 2.2.2 核苷酸多樣性分析36-37
• 2.2.3 遺傳重組檢測(cè)37-38
• 2.2.4 系統(tǒng)發(fā)育分析38-39
• 2.2.5 序列保守區(qū)預(yù)測(cè)39-43
• 2.2.6 RNAi載體構(gòu)建43-44
• 2.3 討論44-47
• 2.3.1 RBSDV序列變異44-45
• 2.3.2 RBSDV的重組和分類45
• 2.3.3 RNAi技術(shù)在玉米抗RBSDV研究中的應(yīng)用45-47
• 第三章 水稻黑條矮縮病毒的選擇響應(yīng)47-59
• 3.1 材料和方法47-49
• 3.1.1 病毒采集、dsRNA提取和測(cè)序47
• 3.1.2 密碼子使用偏性分析47-48
• 3.1.3 對(duì)應(yīng)分析和主要偏愛(ài)密碼子的確定48
• 3.1.4 自然選擇效應(yīng)和中性檢測(cè)48
• 3.1.5 遺傳分化和基因流分析48-49
• 3.2 結(jié)果49-57
• 3.2.1 RBSDV堿基成分分析49-50
• 3.2.2 影響病毒密碼子使用因素分析50-53
• 3.2.3 主要偏愛(ài)密碼子的確定53
• 3.2.4 自然選擇效應(yīng)分析53
• 3.2.5 群體中性測(cè)試53-54
• 3.2.6 遺傳分化和基因流分析54-57
• 3.3 討論57-59
• 3.3.1 影響RBSDV密碼子使用的原因分析57
• 3.3.2 病毒自然選擇57
• 3.3.3 病毒群體遺傳結(jié)構(gòu)57-59
• 第四章 水稻黑條矮縮病毒脅迫玉米響應(yīng)途徑分析59-81
• 4.1 材料和方法59-62
• 4.1.1 供試材料59
• 4.1.2 人工接種病毒和玉米樣品采集59
• 4.1.3 人工接種病毒的鑒定59-60
• 4.1.4 轉(zhuǎn)錄組、miRNA和降解組測(cè)序60
• 4.1.5 轉(zhuǎn)錄組和miRNA分析60-61
• 4.1.6 玉米葉片組織細(xì)胞分析61-62
• 4.2 結(jié)果62-79
• 4.2.1 RBSDV人工接種的鑒定62-64
• 4.2.2 測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析64
• 4.2.3 玉米轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)RBSDV差異表達(dá)分析64-72
• 4.2.4 玉米miRNA響應(yīng)RBSDV差異表達(dá)分析及靶基因鑒定72-74
• 4.2.5 RBSDV致病途徑聯(lián)合分析74-79
• 4.3 討論79-81
• 4.3.1 玉米響應(yīng)RBSDV基因特征分析79-80
• 4.3.2 RBSDV導(dǎo)致玉米粗縮病致病途徑80-81
• 第五章 全文結(jié)論81-82
• 參考文獻(xiàn)82-96
• 附錄96-118
• 致謝118-119
• 作者簡(jiǎn)歷119

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 蘇加岱;黃九柏;劉漢舒;馬井玉;胡英華;;黃淮海流域玉米粗縮病發(fā)生原因分析及防治對(duì)策[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年09期

2 陳巽禎,楊滿昌,劉信義,楊本榮;玉米粗縮病發(fā)病規(guī)律及綜合防治研究[J];華北農(nóng)學(xué)報(bào);1986年02期

3 張海燕;刁永剛;楊海博;趙悅;張孝羲;翟保平;;山東濟(jì)寧灰飛虱春季種群動(dòng)態(tài)及遷飛特性[J];應(yīng)用昆蟲(chóng)學(xué)報(bào);2011年05期

4 李煒疆;;堿基突變與密碼子使用頻率[J];內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1991年04期

5 張椿雨;龍艷;馮吉;孟金陵;;植物基因在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控及其生物學(xué)意義[J];遺傳;2007年07期

6 陳聲祥;張巧艷;;我國(guó)水稻黑條矮縮病和玉米粗縮病研究進(jìn)展[J];植物保護(hù)學(xué)報(bào);2005年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 白劍宇;玉米感染RBSDV后基因差異表達(dá)特征及兩種新病害研究[D];新疆農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

2 范慧艷;甜菜壞死黃脈病毒侵染本生煙和大果甜菜的生物學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：侵染玉米的水稻黑條矮縮病毒遺傳變異及其致病途徑解析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：340575