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番木瓜(Carica papaya L.)是海南等热带地区常见的一种果树,番木瓜环斑病(Papaya ringspot mosaic virus,PRSV)是一种对番木瓜的生产造成严重威胁的病毒病,病毒肆虐时会导致绝产绝收。CTS-N是一种壳聚糖类植物免疫调节剂,其不仅可以防控细菌、真菌引起的植物病害,同时也可以防控病毒病引起的病害。CTS-N可激活植物对病原的免疫反应,从而达到防控病毒病的作用。本实验设置了5个处理组,分别为处理组 A(0.5ml/LCTS-N)、B(1.0ml/LCTS-N)、C(1.5ml/LCTS-N)以及阴性对照CK-(只灌施清水)和阳性对照CK+(灌施清水并同处理组同期接种病毒)。筛选出最佳浓度1.0ml/L(B处理)后,将阴性对照组CK-、阳性对照组CK+以及B处理进行转录组测序,结合生理试验的结果以及高通量测序结果深入分析CTS-N对番木瓜环斑病防控的作用机理,为防控番木瓜抗病毒病寻找新的思路,奠定理论基础。主要研究结果如下:1.番木瓜接种病毒后第12天植株开始出现病症,然后开始进行发病率的统计。发现施用CTS-N的三组处理(A、B、C)发病率明显低于对照组,并且在第27天时B处理组发病率最低为60%,防病效果最佳,由此可见O.1ml/LCTS-N为最佳施用浓度。两种渗透调节物质Soluble sugar以及Soluble protein含量变化呈现先升高后降低的趋势,PAL、POD、PPO、SOD以及CAT这五个抗氧化酶活性的变化也呈现先升高后降低的趋势,而Chitinase以及Dextranase活性表现出持续升高的趋势,ABA、ETH、JA以及SA这四种植物激素信号转导物质的含量与抗氧化酶变化相似总体表现出先升高后降低的趋势。Soluble sugar以及Soluble protein含量在接种病毒后24h内迅速升高,其中可溶性糖含量处理组显著高于对照组,且B处理可溶性糖含量是最高的。PPO、POD、SOD以及CAT等酶活性也在相同的时间内迅速升高,四种抗氧化酶结果均表明处理B的酶活性显著高于对照组。Chitinase以及Dextranase酶活性表现为持续上升的趋势,且在24h时表现出明显的转折然后上升,且Chitinase活性B处理显著高于其他处理组,且与CK-、CK+处理相比差异极显著,而Dextranase在该点无显著差异。同时ABA、ETH、JA、SA含量在24h时也表现出明显的改变,这四个生理生化指标在该点均显示出B组处理激素含量显著高于其他组。如上分析发现大多数指标在24h时变化明显,因此将14个生理指标该点的数据进行TOPSIS综合分析排序,得到B处理(1.0ml/L CTS-N)在3个处理组中排第一位。通过对以上生理试验指标的分析及TOPSIS的结果,决定将B处理以及CK-和CK+处理的数据进行转录组测序。2.根据发病率的数据结果以及14个生理指标的TOPSIS综合排序,选定B处理以及阴性对照(CK-)和阳性对照(CK+)做转录组测序,每组做三个生物学重复。如下为转录组的基本测序数据:CK+与B组处理存在显著差异的基因有144条,其中上调有112条,下调有32条。CK-组与CK+组基因有18条,其中上调有6条,下调有12条。有6735条基因在GO数据库中被注释到,有4582条基因在KEGG数据库中被注释到。在KEGG中CK+与B处理比较表现为显著上调的基因有22条,表现为显著下调的基因有7条,CK-与CK+处理比较表现为显著上调有2条,表现为显著下调有4条。在CK+与B处理比较中KEGG通路共富集了 25条,其中差异显著的通路有5条(Pvalue<0.05),与抗病相关的KEGG通路有3条,分别为植物病原体相互作用(8个差异表达基因)、氨基糖和核苷酸糖代谢(4个差异表达基因)以及植物激素信号转导(3个差异表达基因)。在CK-与CK+处理比较中KEGG通路共富集了7条,其中显著差异的通路有3条,无与抗病相关通路。与抗病相关的差异基因挑选出30条,这30条中上调有28条,下调有2条。从30条基因中,再进行进一步的筛选,最后对与本试验最为相关的12条基因进行了 qPCR验证。3.生理试验指标以及转录组测序结果相结合分析可以发现,B处理(1.0ml/L CTS-N)与CK+处理组相比较,抗氧化酶(PPO、SOD、POD、CAT)活性均有所增加,RBOH(活性氧爆发)基因同超氧阴离子含量的多少有关,当RBOH基因显著上调时,植物体内的活性氧成分也会随之增加。差异表达基因中的RBOH上调的结果与超氧阴离子含量上升也是相一致的。可能的原因为超氧阴离子含量的不断上升,激活抗氧化酶系统,代谢掉多余的氧根离子;Chitinase活性以及Dextranase活性的上升与Chitinase基因的表达以及PR1蛋白的上调表达结果也是相一致的,这可能是由于CTS-N被植物细胞膜上的相关受体识别,从而调动了胞外以及胞内的植物防御反应,使Chitinase的活性提高,调节活性氧爆发等生理过程,从而抵御病毒的入侵与繁殖;激素类物质如JA含量的上升其与茉莉酸ZIM结构域蛋白(JAZ)基因的上调表达相一致,内源SA含量的增加和与之间接相关的PR1蛋白基因的上调表达结果相一致。植物激素SA、ETH等信号转导物质,协同调控细胞的正常生理活动。且处理B(1.Oml/L)与处理CK+的差异极显著KEGG通路(Pvalue<0.01)为植物病原体相互作用,该通路存在8个差异显著基因。综合以上分析,CTS-N能够有效的调动植物自身的免疫能力,积极对抗病毒的入侵。