甘薯（Ipomoea batatas）是世界重要農(nóng)作物,我國華南地區(qū)是主要甘薯產(chǎn)地,卻常年遭受甘薯小象甲（Cylas formicarius）的蟲害威脅。發(fā)掘甘薯小象甲抗性基因資源及其抗性機(jī)理具有重要意義。本研究基于廣東省主栽甘薯品種‘廣薯87’（G87）的小象甲取食時間與侵害程度的關(guān)系,選取取食處理4 h的G87薯葉和塊根進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,分別獲得了1 395和1 176個差異基因,主要分屬于物質(zhì)代謝和轉(zhuǎn)錄信號等生物學(xué)途徑,并驗(yàn)證了如水楊酸甲酯代謝、胰蛋白酶抑制劑、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子以及甘薯貯藏蛋白等多個與小象甲抗性相關(guān)的甘薯基因,且部分基因呈現(xiàn)組織特異性表達(dá)模式。本文將為甘薯小象甲抗性分子機(jī)制研究提供數(shù)據(jù)支持,并對甘薯抗蟲分子育種及相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：植物生理學(xué)報. 2020,56(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

小象甲取食G87塊根和葉片不同時間的損傷程度統(tǒng)計

由圖2-A可知,在葉片取食處理的轉(zhuǎn)錄組比較分析中,共篩選到葉片取食(葉片T)與葉片對照(葉片M)之間的1 395個差異基因,其中誘導(dǎo)上調(diào)基因1 066個,下調(diào)基因329個;而在塊根取食處理的轉(zhuǎn)錄組比較分析中,共篩選到塊根取食(塊根T)與塊根對照(塊根M)之間的1 176個差異基因,其中誘導(dǎo)上調(diào)基因871個,下調(diào)基因305個;葉片與塊根共同存在差異基因373個,其中在葉片與塊根均誘導(dǎo)上調(diào)基因323個,均誘導(dǎo)下調(diào)基因21個;葉片與塊根相反調(diào)節(jié)的基因較少,在葉片上調(diào)而塊根下調(diào)的基因21個,在葉片下調(diào)而塊根上調(diào)的基因8個。葉片與塊根特異存在的差異基因分別為1 022個和803個,均多于共同存在差異基因,預(yù)示著葉片與塊根更多地表現(xiàn)為組織特異性調(diào)節(jié)。由圖2-B可知,基于葉片和塊根轉(zhuǎn)錄組差異基因Unigenes的GO分類富集分析表明,葉片與塊根誘導(dǎo)的差異基因GO類型相似,主要富集在碳水化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(carbohydrate transport and metabolism)、氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(amino acid transport and metabolism)、脂的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(lipid transport and metabolism)、次生代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝(secondary metabolites biosynthesis,transport and catabolism)、轉(zhuǎn)錄與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(transcription and signal transduction)等多個與代謝和轉(zhuǎn)錄信號相關(guān)的生物學(xué)途徑。以上結(jié)果說明,在小象甲取食處理下甘薯G87葉片和塊根的取食響應(yīng)基因均具有高水平誘導(dǎo)表達(dá),轉(zhuǎn)錄被大規(guī)模調(diào)控,以基因上調(diào)誘導(dǎo)為主,其中代謝相關(guān)和轉(zhuǎn)錄信號相關(guān)基因可能在甘薯取食響應(yīng)中發(fā)揮主要作用。另外,甘薯葉片和塊根中特定存在的調(diào)節(jié)基因數(shù)量多于共同存在的調(diào)節(jié)基因,預(yù)示可能存在多種組織特異性表達(dá)的甘薯小象甲抗性基因。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證甘薯響應(yīng)小象甲取食的相關(guān)基因,我們從G87葉片的轉(zhuǎn)錄組中選取了5個與植物代謝和病蟲害防御相關(guān)的基因:IbCYP79D3、IbZEP、IbSporamin、IbMYB74、IbSAMT1,以及1個不包括在葉片轉(zhuǎn)錄組的差異基因IbKTI2,并通過特異引物及定量PCR驗(yàn)證基因表達(dá)。結(jié)果顯示,除Ib KTI2外,其他5個基因的表達(dá)水平相比對照處理均誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá),其中IbCYP79D3和IbSporamin誘導(dǎo)程度較高(圖3-A和C),比對照組高30倍;IbZEP、IbMYB74和IbSAMT1的誘導(dǎo)程度均在3倍以上(圖3-B,D和F),而IbKTI2無誘導(dǎo)表達(dá)(圖3-E),這與葉片轉(zhuǎn)錄組分析數(shù)據(jù)一致。同時,我們也從G87塊根轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中選取了5個相關(guān)基因:IbNAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2以及1個不包括在塊根轉(zhuǎn)錄組的差異基因Ib SAMT1,并進(jìn)行了基因表達(dá)驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照相比,Ib NAC59、IbHHO3、IbSAMT2、IbMYB74、IbKTI2的基因表達(dá)水平上調(diào)(圖3-G,H～K),均比對照組高2倍以上,而IbSAMT1表達(dá)水平與對照組相比無差異(圖3-L),這與塊根轉(zhuǎn)錄組分析數(shù)據(jù)一致。綜合比較可見,IbMYB74在葉片和塊根中都可被誘導(dǎo)表達(dá),而IbSAMT1和IbKTI2基因只在其中一個組織器官中被誘導(dǎo)表達(dá),這進(jìn)一步暗示在葉片和塊根中,取食應(yīng)答相關(guān)基因可被組織特異性調(diào)控。以上結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了小象甲取食G87葉片和塊根的相關(guān)響應(yīng)基因表達(dá),這些基因可能在甘薯誘導(dǎo)防御小象甲侵害過程中發(fā)揮重要作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]甘薯‘徐薯18’轉(zhuǎn)錄組分析[J]. 顏朗,魏昌赫,張義正.  植物生理學(xué)報. 2017(05)
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本文編號：3426961