甘蔗响应白条病菌侵染的差异表达蛋白nsLTP基因家族鉴定与表达分析

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甘蔗白条病是由白条黄单胞杆菌Xanthomonas albilineans引起的系统性细菌病害,是甘蔗三大细菌性病害之一,分布在多数种植甘蔗的国家和地区。该病害在我国主要蔗区均有发生,对我国甘蔗生产构成潜在威胁。为了更好地了解甘蔗抗病分子机制,本论文选用甘蔗白条病抗病品LCP 85-384和感病品种ROC20为实验材料,处理组用剪叶法接种X.albilineans菌液(Xa-FJ1),对照组用无菌培养基XAS模拟接种,在接种后0 h和48 h采集甘蔗叶片,使用相对和绝对定量同位素标记技术(iTRAQ)技术对两个甘蔗品种进行比较蛋白质组学研究,随后开展非特异性脂质转运蛋白(nsLTP)基因家族鉴定和应答X.albilineans侵染的表达研究。实验结果如下:(1)两个甘蔗品种共鉴定到4,295个蛋白,其中达到显著差异表达蛋白(DEPs)285个。在抗病品种LCP 85-384中鉴定到172个DEPs,包括113个上调蛋白和59个下调蛋白;在感病品种ROC20中鉴定到192个DEPs,其中上、下调蛋白各占一半。抗病品种中的上调DEPs数量明显高于感病品种,这些上调DEPs主要参与了代谢途径、次生代谢产物的生物合成和苯丙烷类生物合成途径。从鉴定到的285个DEPs中共筛选出35个与白条病抗性相关的DEPs,挑取不同通路上的7个候选DEPs基因,利用q RT-PCR在转录水平上进行验证,T测验结果表明这7个基因的蛋白表达水平(log2Fold Change)和转录表达水平(2–ΔΔCT)之间没有显著性差异(p>0.05)。(2)利用生物信息学方法对nsLTP家族基因进行全基因组鉴定,在割手密基因组上共获得14类71个nsLTP家族基因成员。每类nsLTP基因都有高度保守的结构特征。另外,nsLTP启动子含有大量的响应生物和非生物胁迫的顺式作用元件。随后,以割手密SES208、甘蔗栽培种LCP 85-384和ROC20为材料,利用q RT-PCR分析9个nsLTP基因应答X.albilineans胁迫的转录表达模式。结果发现这些基因在受病原菌胁迫后表达量出现显著变化,其中Sc LTPGb.1和Sc LTPV.4这两个基因在LCP 85-384和割手密SES208上显著上调表达,而在ROC20中下调表达。Sc LTPI.8、Sc LTPI.10、Sc LTPI.20和Sc LTPGb.3仅在LCP 85-384中显著上调表达。另外,从本课题组已发表的甘蔗响应受X.albilineans侵染的转录组数据中共鉴定到71个nsLTP等位基因,其中9个基因在LCP 85-384在X.albilineans胁迫下显著上调表达,而有23个基因在ROC20显著下调表达。总之,本研究使用iTRAQ技术筛选出响应X.albilineans侵染的主要通路和DEPs,并基于割手密全基因组水平分析nsLTP蛋白特性、基因家族结构特征和表达模式。这些研究结果为进一步开展甘蔗抗白条病的分子机制研究提供科学依据。
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