大豆抗病基因Rps1c和Rps1k介导的代谢组差异分析

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:litao343243581
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疫霉菌属于卵菌(Oomycetes),所引起的植物疫病传播迅速,难以防治,严重危害粮食安全和农产品质量,给农业生产带来巨大损失。如致病疫霉引起的马铃薯晚疫病,是导致爱尔兰大饥馑的元凶。大豆疫霉(Phytophthora sojae)引起的大豆疫霉根腐病(Phytophthora root rot)是一种毁灭性病害,每年在全球范围内造成十几亿美元的损失。卵菌在系统发育上与真菌不同,因此对许多广谱杀真菌剂不敏感。在防控大豆疫霉根腐病的生产实践中主要依靠推广使用大豆抗病品种,这也是目前最主要且最有效的方法。大豆与大豆疫霉菌的互作符合基因对基因假说,抗病基因介导的抗性发生在免疫受体识别无毒效应之后,引起一系列寄主生理、生化的改变,包括植物代谢组谱的改变。代谢物的研究也已成为鉴定和开发病害特异性生物标志物的有力工具。为充分了解大豆对生物胁迫的响应,本研究拟通过调查大豆主效抗病基因所介导的抗大豆疫霉侵染的代谢组模式,为未来大豆抗疫病育种提供新思路。已知大豆上存在11个主效抗大豆疫霉根腐病基因(Resistant to Phytophthora sojae genes,Rps genes),其中得到最广泛使用的两个抗病基因分别是Rps1c和Rps1k。因此本研究中使用了携带单抗性基因Rps1c和Rps1k等位基因的大豆,比较不同的Rps基因在抗病过程中介导的代谢物变化,揭示了植物代谢途径响应疫霉菌的复杂性和差异。代谢组是一定条件下生物学过程完成后最终代谢物的集合,是各种组学研究中最接近表型的一种组学,可以直接动态地反映出细胞的生理生化状态,从而有效地检测和发现特定生化途径,准确解释生理或者病理现象。目前代谢组检测技术发展迅速,可以通过检测样品的质谱(MS)、色谱(HPLC,GC)及色谱质谱联用技术谱图,结合模式识别方法判断生物体的病理生理状态,找出与之相关的生物标志物。相比于气相质谱GC-MS,液相质谱LC-MS联用技术具有较高灵敏度,更适合检测不稳定、难挥发的样本。目前对抗病基因所介导的植物免疫反应过程还知之甚少,因此本次实验通过液相质谱LC-MS联用技术分析两个抗病基因Rps1c和Rps1k所介导的代谢组通路异同,取得主要实验结果如下:(1)非靶向代谢组学分析:通过比较两个抗病品种接种大豆疫霉菌后下胚轴及根部的样品代谢组学数据分析发现,两个抗病品种在代谢物产生及代谢通路富集分析方面高度相似,均对苯丙氨酸代谢途径、类黄酮代谢途径、植物激素合成途径、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途径产生影响,且均存在随接菌时间增长而积累的代谢物如:阿魏酸、根皮苷、染料木苷、大豆苷元等,推测这些代谢物和代谢途径参与大豆抗疫病反应,且两个抗病品种的大豆在抗病机制上具有较多相似之处。(2)靶向代谢组学对不用大豆品种中抗病标志物含量检测及抗病性验证:为验证候选代谢物是否可用作抗病标志物来筛选抗病品种或加速抗病品种选育,我们选取25种野生大豆品种进行初步检测,并分析了靶向代谢物含量与病情指数的关系,后选定了含量较高的品种进行发病情况收集,结果表明特定靶向代谢物根皮苷、阿魏酸与病情指数存在着显著负相关的关系,特定靶向物质绝对含量较高的品种具有一定的抗(耐)病能力,由此推断此类代谢物在大豆抗疫霉病过程中起重要作用,可用作抗病种质筛选的抗病标志物。
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