【摘 要】
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由柑橘黄单胞菌芒果致病变种(Xanthomonas critis pv.mangiferaeindicae,Xcm)引起的细菌性角斑病可危害芒果的枝、叶、花和果实等,尤其果实受害后轻则留下病斑影响果实品质及后期商品销售,重则落果造成产量降低,近年已成为生产上的主要病害之一。解析芒果的抗病机制对病害防治策略的制定具有重要意义。本研究以高抗(热农1号)和高感(凯特)细菌性角斑病的芒果品种为材料,通过防
【基金项目】
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国家重点研发计划:热带作物高效育种技术与品种创制-杧果高效育种技术与品种创制(No.2019YFD1001103);
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由柑橘黄单胞菌芒果致病变种(Xanthomonas critis pv.mangiferaeindicae,Xcm)引起的细菌性角斑病可危害芒果的枝、叶、花和果实等,尤其果实受害后轻则留下病斑影响果实品质及后期商品销售,重则落果造成产量降低,近年已成为生产上的主要病害之一。解析芒果的抗病机制对病害防治策略的制定具有重要意义。本研究以高抗(热农1号)和高感(凯特)细菌性角斑病的芒果品种为材料,通过防御酶活性测定及转录组学分析探索芒果的抗病机制,同时利用WGCNA将防御酶与转录组数据进行关联分析,深入挖掘关键核心基因,并对芒果PAL基因家族进行了鉴定,以期获得与抗病相关的关键基因或抗病途径,为后续抗病分子标记开发、抗病基因功能验证和病害防治策略制定提供理论基础。获得的结果主要如下:1.芒果抗感品种抗性相关防御酶活性及丙二醛含量的测定:以接种空白LB培养基的果实为对照,接种Xcm后的抗感品种果实内MDA含量上升明显,说明病害侵染加重了果实的膜脂过氧化程度。抗氧化酶SOD、CAT和酚类代谢相关酶PAL、PPO的活性在抗感品种中均呈先升后降的趋势,但增长速度和幅度有明显的差别;其中抗病品种SOD活性剧增的时间早于高感品种,CAT增幅大于高感品种,PPO活性剧增时间晚于感病品种。抗感品种PAL活性在0-3 dpi(day post inoculation,dpi)升高,4-6 dpi下降且低于各自品种组内同期对照。以上结果表明不同防御酶在芒果抗细菌性角斑病的不同阶段发挥作用。2.芒果响应细菌性角斑病病原菌侵染的转录组学研究:采用RNA-seq对接种Xcm后0、2、6 dpi的‘热农1号’和‘凯特’进行测序,共获得高质量reads数为1.46×10~9。通过对差异表达基因(DEGs)进行统计分析发现,苯丙烷类生物合成、氧化还原酶和类黄酮生物合成等GO词条以及类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成、植物病原互作和植物激素信号转导等KEGG通路参与了芒果抵抗Xcm的防御反应。抗感品种间DEGs体现在质体类囊体、细胞连接、细胞骨架和大核糖体亚基等GO词条及核糖体、核黄素代谢和植物激素信号转导等KEGG通路中。感病品种‘凯特’14个持续上调表达DEGs参与植物-病原互作和玉米素生物合成等KEGG通路中;抗病品种‘热农1号’88个持续上调表达DEGs参与生物素代谢、脂肪酸代谢和角质、软木脂和蜡的生物合成等KEGG通路。在苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、植物-病原互作和植物激素信号转导通路鉴定到多个防御反应关键基因,主要有PAL、4CL、CYP98A、CHS、KCS、HSP90、PR1、Pti5、NPR1和转录因子WRKY29等。抗感品种差异基因中鉴定到的共有转录因子b HLH、C2H2和NAC等可能在芒果响应Xcm侵染时发挥重要的调控作用,而数量差异明显的ERF、WRKY等可能发挥关键抗性作用。3.WGCNA分析鉴定芒果抗病关键基因:WGCNA分析共产生20个模块,性状-模块关联分析显示orangered4、skyblue3、lightgreen等模块与SOD、PPO、PAL等5个生理指标呈正相关性,其中orangered4模块还与‘热农1号’处理组6 dpi样本呈正相关。通过抗性相关核心基因挖掘及互作网络构建分析发现,orangered4模块包含了编码RPP8L2、RLP7、PBL23、PBL19等抗病蛋白基因和AAE1、PEX11B、CAT1等氧化还原酶的基因,以及编码HSFA2B、ERF039和MYB3等的转录因子。4.芒果PAL基因家族鉴定及生物信息学分析:利用全基因组和转录组数据鉴定了10个芒果Mi PAL基因家族成员。生物信息学分析发现Mi PAL含有响应茉莉酸甲酯和水杨酸等激素的顺式作用元件,受到病菌胁迫时可被激素诱导发挥作用。芒果受Xcm侵染后,Mi PAL1、Mi PAL3、Mi PAL6、Mi PAL7、Mi PAL8和Mi PAL10在抗感品种中均能被诱导表达,Mi PAL4、Mi PAL9仅在高抗品种中被诱导上调表达。
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