水稻品种MC174抗线虫基因的定位及抗感品种响应拟禾本科根结线虫的转录组分析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyhui1984
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水稻(Oryza sativa L.)在亚洲范围内广泛种植,与人们的生产和生活息息相关。拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)是通过侵入寄主地下部从而造成作物减产的一类土传病害。目前,该病害在中国南方大部分地区均有报道且有逐年扩大的趋势,发掘抗病品种并解释其抗性作为一种防治措施受到越来越多的人关注。近年来,人们筛出一些高抗拟禾本科根结线虫的种质资源并预测了一系列与抗病相关的QTL位点,但如何将抗性品种进行优良品种的培育及主效抗病基因的定位及克隆尚未被报道。本研究从208份水稻种质资源中筛选到4份高抗根结线虫的水稻品种,利用图位克隆的方法通过构建F2(174/Nip),F2(174/越光)群体来定位抗性品种MC174中的抗病基因。进一步利用RNA-seq技术检测了感病品种Nip和抗病品种MC174接种水稻根结线虫1 d时基因在转录水平上的变化,为抗病水稻中的R基因的克隆及相关互作机制的研究奠定基础,本研究得到以下几点成果:1.通过198份核心种质资源以及10份常规的亚洲栽培种筛选出4个高抗水稻根结线虫的水稻品种(与实验室同学合成完成),使用筛选出的抗性品种MC174和已知感病品种Nip,越光分别构建F2代定位群体。对定位材料进行遗传分析,发现MC174高抗Mg是由一个主效R基因所调节。使用1448个F2(174/Nip)和1917个F2:3(174/Nip)的单株进行抗病基因的定位,将候选区间定位到分子标记CR20和标记188-3之间,物理距离为140 kb。2.MC174的定位区间与ZH11上的等位基因相近,结合等位测验实验表明MC174和ZH11的抗病基因为等位基因或紧密连锁。对本实验室前期克隆到的抗水稻根结线虫的主效基因C61进行分析,使用多个抗性品种扩增C61基因及其启动子区域,共测序7714 bp,结果发现MC162,MC174上存在C61基因且没有碱基的差异。3.通过对12个水稻品种进行标记测验,得到2对与R基因相关联的分子标记,为后期大规模筛选抗性品种及抗病水稻的育种工作提供有效手段。4.对抗感品种接种水稻根结线虫早期转录组数据分析,发现MC174接种前后共有1329个DEGs,Nip中共有562个DEGs,两者大部分为上调表达。通过GO和KEGG富集分析以及聚类热图分析发现,苯丙氨酸代谢、植物-病原物相互作MAPK信号通路等在抗感品种中被激活,谷胱甘肽代谢、酪氨酸代谢、苯丙烷代谢、黄酮类生物合成以及β-丙氨酸代谢等通路在抗性品种中被富集。另外WRKY,NAC等转录因子以及WAKs,CRKs类受体蛋白激酶等抗病信号通路在抗性品种相对感病品种诱导更显著,表明在线虫侵染早期抗性品种能快速响应病原物的侵入。综上所述,本研究前期筛选出4个抗病种质资源,利用图位克隆的手段对其中一个抗病品种MC174进行抗病基因的定位,最终将候选区间缩小至140 kb处,测序分析发现ZH11、KPM、LD24、MC174和MC162可能由同一基因调控其抗性,利用RNA-seq分析了水稻根结线虫侵染早期抗感品种基因表达量的差异变化情况,探究了线虫侵入早期抗感品种的响应机制,为后续植物与根结线虫互作研究提供了理论基础。
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