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大豆胞囊线虫(Heterodera glycines,Soybean cyst nematode,SCN)是全球范围影响大豆生产的重要病害,防治大豆胞囊线虫的方法包括物理防治、化学防治、生物防治及应用抗病品种;而抗线虫品种则是环境友好,防效显著的方法。大豆原产中国,因此我国具有丰富的抗线虫资源。灰皮支黑豆作为一种优秀的抗线虫品种可用于抗线虫育种的抗原材料,为了明确其抗大豆胞囊线虫的分子机制,开展了如下五部分的研究。一、SCN胁迫下灰皮支黑豆转录组分析:利用转录组学测序对灰皮支黑豆接种大豆胞囊线虫5 d、10 d和15 d的样本进行研究,对测序得到的reads标准化处理、基因组匹配、差异表达分析和功能富集分析。在接种大豆胞囊线虫后5 d、10 d和15 d分别检测到740、1165和2925条差异表达基因。其中有225条差异基因在全部三个测序时间表达。大豆胞囊线虫侵染灰皮支黑豆5 d、10 d和15 d差异表达基因参与了众多的生物学功能类型。上调表达基因富集在防御反应、激素介导的信号过程和胁迫的响应。为了验证GO和KEGG富集的结果;分析生物胁迫代谢途径中激素对大豆胞囊线虫的影响,水杨酸SA、茉莉酸JA、乙烯利-乙烯的前体ethephon、赤霉酸GA和吲哚乙酸IAA均对SCN在灰皮支黑豆和辽豆15的侵染率有影响。进而在大豆胞囊线虫侵染后施加等同浓度的激素,检测后表明上述激素对大豆胞囊线虫的发育均有抑制的作用;以IAA对大豆胞囊线虫发育的影响最为明显;在接种SCN后在辽豆15中仅占侵染幼虫的1.58%。二、灰皮支黑豆和辽豆15接种SCN后10 d的基因表达和蛋白质相互作用网络分析:利用转录组测序对灰皮黑豆和辽豆15接种大豆胞囊线虫10 d的基因表达进行了研究。结果表明灰皮支黑豆和辽豆15中分别检测到4552和777条差异表达基因(FDR<0.05)。利用agri GO对差异表达基因(|log2foldchange|>1.50且FDR<0.05)进行功能富集分析后发现灰皮支黑豆上调表达的基因富集在胁迫响应和茉莉酸、乙烯等植物激素介导的防御信号途径中。Mapman分析差异灰皮支黑豆与辽豆15表达基因相比,在生物胁迫模块中,差异表达基因富集在信号途径、次生代谢和细胞壁的代谢与修饰等。构建了灰皮支黑豆和辽豆15在大豆胞囊线虫寄生阶段的蛋白质相互作用网络,包含了492和147个存在相互作用的节点。整合转录组测序和功能富集分析的结果后,发现灰皮支黑豆中连接度10%的节点和其存在相互作用的节点富集在蛋白磷酸化修饰途径中,而辽豆15连接度10%的节点主要富集在肽段的合成过程。三、灰皮支黑豆与野生大豆响应SCN侵染的转录组和网络分析:转录组测序分析的结果表明,在大豆胞囊线虫抗感品种S54中,88.57%以上的测序数据匹配到大豆参考基因组中,基因的差异表达分析发现,在S54中得到了6456条差异表达的基因(FDR<0.05)功能富集分析发现,S54的差异表达基因(|log2foldchange|>1.50且FDR<0.05)主要富集在胁迫的响应(包括了对氧胁迫、水杨酸)以及苯基丙烷和黄酮类物质的合成与代谢过程。S54网络中连接度前10%的节点主要富集在了胁迫的响应和碳水化合物的合成与代谢过程中。四、大豆胞囊线虫胁迫下灰皮支黑豆蛋白质相互作用网络及其Hub节点的功能预测:基于大豆基因组的蛋白质相互作用网络数据库STING和灰皮支黑豆接种大豆胞囊线虫后的转录组数据;差异表达基因匹配大豆STRING数据库集后,在三个时间点分别得到了304、312和538个节点分布在蛋白质相互作用网络中,功能富集分析表明,这些节点富集在蛋白质磷酸化修饰、胁迫响应和防御反应等。基于GO Term的胁迫响应,生成包含312个节点和871条边的网络;网络阐明了对几丁质响应和萜类化合物代谢中防御相关基因的相互作用关系。此外,根据Mcode插件分析胁迫网络的功能富集结果表明,网络中节点分成10个聚类,这些节点聚类注释在胁迫响应、信号级联和生长素相关的通路中。五、抗线虫大豆与SCN互作网络分析及抗线虫机制的初探:为了研究大豆与大豆胞囊线虫的互作机制,基于5种抗线虫大豆(灰皮支黑豆、Peking、PI88788、PI437654和PI567516C)接种大豆胞囊线虫后差异表达基因匹配STRING数据集后的结果,构建了5种抗线虫大豆的蛋白质相互作用网络,分别得到了862、595、440、280和171个节点的大豆-大豆胞囊线虫互作网络。网络节点及其功能富集分析的结果所示;灰皮支黑豆和Peking共同的节点富集在蛋白质磷酸化过程。灰皮支黑豆和PI437654网络中共同的节点富集在了苯基丙烷和黄酮代谢过程。此外,PI88788网络中的节点富集在细胞过程、细胞结构和细胞骨架的组织,这些节点在大豆胞囊线虫胁迫下表达受到抑制。根据基因表达和网络分析,灰皮支黑豆抗大豆胞囊线虫机制与Peking和PI437654有一定程度的相似。