灰霉菌胁迫下小立碗藓转录组测序研究

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小立碗藓是非维管束植物类群的模式植物且有着特殊的进化地位,全基因组也已测序完成,是研究陆生植物抗病机制进化历程的理想材料。目前虽然已有了大量关于小立碗藓抗病性的研究报道,但都是从形态学和生理生化等层面进行探讨的。而关于小立碗藓在灰霉菌胁迫下转录组的研究还未见报道。本研究通过转录组学技术研究分析小立碗藓在灰霉菌胁迫下差异表达基因及其参与的代谢途径,旨在为揭示小立碗藓与灰霉菌互作机制提供数据依据,为全面研究陆生植物防御机制进化历程奠定科学基础。  本研究主要内容包括:⑴利用生物信息学的方法对转录组测序分析结果表明,小立碗藓接种灰霉菌12h、1d、2d、3d后分别与未接种的进行比较呈差异表达的基因分别有635、909、1449、2795个,其中上调表达基因所占的比例分别为58.6%、62.9%、47.3%、30.8%。出现这种上调表达基因先增多后减少的现象,是由于小立碗藓接种灰霉菌后,随着灰霉菌的侵染,植株的活性逐渐降低,防卫反应逐渐减弱。说明,小立碗藓对病原菌的防卫反应可能是在小立碗藓与病原菌互作早期。⑵对特定时期差异基因分析得到,只在12h、1d、2d、3d差异表达的基因分别有137、205、257、1733个,其中上调表达基因所占的比例分别为52.6%、78.0%、51.4%、26.7%。根据这些上调基因所占比例,说明接种12h后的上调基因可能参与了其自发的积极主动的防卫反应,同时说明接种1d后小立碗藓可能进入了自主防卫反应的高峰期;接种2d的这个时段可能是小立碗藓的自主防卫与自我修复的分水岭,而接种3d后小立碗藓可能主要是进行自我修复。接种4个时间段共同差异表达的基因有149个;只在12h、1d、2d共同差异表达的基因有119个;只在1d、2d、3d共同差异表达的基因有139个;只在12h、2d时共同差异表达的基因有25个;只在12h、3d共同差异表达的基因有38个;在1d、3d共同差异表达的基因有58个;只在12h、1d、3d共同差异表达的基因有32个;只在12h、2d、3d共同差异表达的基因有43个。从这些数据可以看出,在具有连续性的时期上特定差异表达的基因数量较多,且随着时间的延长差异表达的基因数量也随之增多,说明小立碗藓与灰霉菌的互作可能是一个连续性的过程。⑶小立碗藓接种灰霉菌后病原菌相关分子模式触发免疫(PAMP-triggered immunity,PTI)系统和效应蛋白触发免疫(Effector-triggered immunity,ETI)系统相关的基因都呈不同程度差异表达,说明小立碗藓可能通过激活PTI系统和ETI系统来抵抗灰霉菌的侵染。并启动了如p53、水杨酸(Salicylic acid,SA)、茉莉酸(Jasmonic acid,JA)或乙烯(ethyne,ET)、生长素(Auxin)、细胞分裂素(CTK)、脱落酸(abscisic acid,ABA)等信号转导路径。除此之外,苯丙烷类生物合成路径(Phenylpropanoid biosynthesis)相关基因都发生了不同程度的上调和下调,说明小立碗藓可能通过苯丙烷类代谢合成木脂素类、黄酮类、芪类等多酚化合物来增强对灰霉菌的防御作用。
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