水稻幼根应答稻曲球粗毒素胁迫的转录组分析

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稻曲病是由稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)侵染引起的一种水稻穗部真菌病害,其典型症状是在水稻小穗上形成黄色或墨绿色的稻曲球,该病害导致水稻产量下降,产生的真菌毒素危害人类和家畜的健康,稻曲病已成为中国水稻生产上的三大病害之一。通过比较基因组学分析发现,稻曲病菌基因组中,与营养摄取,多糖降解以及次级代谢相关的基因较少,同时缺少对植保素解毒的相关酶类。研究还发现稻曲病菌不能形成吸器等特定的侵染结构,因此推测稻曲病菌产生的真菌毒素可能在侵染水稻的过程中起重要作用。关于稻曲毒素作用于植物的研究多数停留在能够引起植物生长发育异常。而应用转录组学分析水稻幼根应答稻曲球粗毒素胁迫,有助于研究稻曲毒素胁迫水稻后的基因差异和其内在调控机制。本研究利用新一代高通量测序技术Illumina Hi Seq TM2500,通过生物信息学方法对籼型常规稻台中1号幼根在稻曲球粗毒素胁迫条件下的基因表达情况进行研究分析。转录组重测序共获得47.23 G的clean reads,测序样品的clean reads均大于7.3 G,碱基百分比Q30均大于91%。基因差异表达分析一共筛选到2665个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),其中1591个基因显著上调,1074个基因显著下调。通过基因注释和功能分类发现,这些DEGs涉及过氧化物酶、转移酶、组蛋白、转录因子等功能。利用GO::Term Finder进行基因本体(Gene ontology,GO)功能富集分析,共发现53个GO词条(term)达到显著富集的水平(q-value≤0.05),对term进行功能分类发现,其涉及细胞过程、氧化还原酶活性、能量储存代谢、核小体装配等生理生化过程。基于京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)的功能富集分析发现,共有625个DEGs被注释到104条通路中,其中15条通路达到显著富集的水平(q-value≤0.05),主要涉及代谢途径和次生物质的合成,如谷胱甘肽代谢、糖酵解/糖异生、淀粉和蔗糖代谢等通路。利用RT-q PCR验证部分差异表达基因,其表达变化趋势与转录组分析结果一致,进一步证明本研究中转录组数据的可靠性。本研究通过高通量测序技术获得了大量水稻幼根在粗毒素胁迫下的DEGs,结果显示,这些DEGs涉及氧化胁迫反应、能量代谢相关途径、核心组蛋白的表达等多种生理生化过程。研究结果为今后研究稻曲毒素在稻曲病菌侵染水稻过程中的作用机制提供一定的参考和理论基础。
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