辣椒疫病抗源筛选及辣椒疫病抗性的初生代谢和转录组分析

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疫病是辣椒生产上的主要病害之一。本文对160份辣椒材料进行疫病抗性鉴定,同时研究辣椒疫病抗性与其他辣椒主要农艺性状的关系。利用GC-MS检测抗病辣椒和感病辣椒在根系初生代谢物上的变化差异,并对相同辣椒根系进行转录组测序分析,以此研究辣椒疫病抗性的生理和分子机制。主要研究结果如下:1.对160份搜集自世界各地的辣椒自交系进行疫病抗性鉴定,鉴定方法为孢子灌根法,以高抗辣椒CM334为阳性对照。结果鉴定出高抗材料10份,抗病材料7份,中抗材料30份,感病材料113份。160份辣椒自交系含28份灯笼椒,37份锥形椒,26份牛角椒,28份羊角椒,5份指形椒,18份线椒,18份朝天椒。高抗和抗病比例最高的为锥形椒,最低的为指形椒。表明辣椒抗性与辣椒类别有关,锥形椒抗性比例高,可能是由于长期抗病育种的结果。2.调查了辣椒花和果实相关的8个质量性状和8个数量性状。结果,除了花柱颜色蓝色缺失之外,其余的性状均有分布,并且各性状数值的变异系数较大,为11.53%-69.82%。进而研究了上述农艺性状与辣椒抗病性的相关性。结果,疫病抗性与花柱颜色(0.141*)呈显著正相关,与果横茎(0.167**)、花药颜色(0.155**)、花冠颜色(0.169**)和果实甜度(0.237**)呈极显著正相关,与首花节位(-0.120*)呈显著负相关,与果实辣度(-0.181**)和果形(-0.245**)呈极显著负相关。3.以疫病高抗辣椒材料18S212和17S250以及感病材料18S490和17S374为研究对象,利用GC-MS检测辣椒根系甲醇提取物组分,进而分析初生代谢在疫霉菌接种后的变化规律,并比较抗病品种和感病品种之间的差异。结果,从所有辣椒材料一共检测到93个代谢组分。进而筛选抗病材料变化规律一致但与感病材料不一致的代谢组分,视作与辣椒疫病抗性相关的代谢物。结果,一共筛选到6份正相关组分,可归为吲哚、酯类、醚和烯烃类物质;筛选到3份负相关组分,均为醚类。4.以高抗材料17S250和感病材料17S374为试验材料,进一步分析了接种辣椒疫霉菌后根系转录组变化规律。侵染0d、3d后分别取样并测序分析。结果,在侵染过程中,感病材料共有1743个基因的转录水平发生显著变化。根据显著性高低,KEGG分析显著富集的前五个通路分别是苯丙烷类生物合成(15个)、淀粉和蔗糖代谢(14个)、植物激素信号转导(13个)、氰氨基酸代谢(5个)、牛磺酸和低牛磺酸代谢(2个)。根据基因数量,GO分析前五个term依次是催化活性负调节(22个)、对紫外线的响应(4个)、氧化还原过程(146个)、转录调控DNA模板(55个)、对无机物的反应(41个)。相比感病材料(1743个DEG),抗病材料接种前后有3073个DEG,KEGG分析显著富集的前五个通路为缬草碱、亮氨酸和异亮氨酸降解(13个)、甘油脂代谢(10个)、植物激素信号转导(23个)、脂肪酸降解(9个)、酪氨酸代谢(9个)。GO分析前五个term依次是细胞增殖(29个)、对过氧化氢的反应(19个)、光合作用-光反应(9个)、核小体装配(20个)、组蛋白磷酸化(8个)。对比抗病材料和感病材料,植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、脂肪酸降解等转录组变化规律为二者共有,可能与辣椒根系对疫霉菌浸染反应有关。叶酸生物合成、硫辛酸代谢、烟酸与烟酰胺代谢等转录组变化规律仅在感病材料中发生,提示可能与病害发展有关,也即与疫病抗性转录组机制有关。
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