基于BSR-seq的青稞抗条纹病基因的定位与候选基因筛选

来源 :青海大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:betteryear2009
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青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f.)属于禾本科大麦属,因其成熟时籽粒与颖壳分离,又称裸大麦。青稞是藏族同胞的主粮,主要种植在青藏高原高海拔地区,在海拔4200米以上的高寒地带,是唯一能正常成熟的谷物。因其具有三高两低(高蛋白、高纤维、高维生素和低脂肪、低糖)的营养成分,深受人们的喜爱。条纹病是大麦生产的一种常见的主要种传病害,主要由麦类核腔菌[Pyrenophora graminea(Rabenh.)Ito et Kurib.]引起的,属于真菌性病害。条纹病害一旦发生会引起大麦产量的大幅度降低,严重影响青稞的产量和品质。本研究通过高通量基因组测序技术(BSR-seq)对青稞抗条纹病基因进行了初步定位,根据全长转录组的差异表达基因和RT-q PCR对条纹病候选基因进行了筛选、克隆。此外,研究了候选基因HvnWAK、HvnRGA在条纹病侵染6、7、8周后表达模式。初步揭示了HvnWAK和HvnRGA基因在响应青稞条纹病过程中的变化规律,为青稞条纹病的调控机理的研究提供初步线索。具体研究结果下:1.通过抗性指标对抗病品种和感病品种进行生理特性验证:研究表明两个不同抗病性的青稞品种对条纹病胁迫产生了相似的响应机制,即条纹病发生时叶片出现黄色条斑,细胞膜透性和脯氨酸含量增加,叶片光合系统受损等一系列变化。但不同的生理指标在抗病性不同的品种中具有独特的调控机制,抗病性强的青稞品种从感病初期,其生理特性指标自我调控力较强,因此对条纹病胁迫产生一定的耐受力;而抗病性弱的品种的生理特性指标自我调控能力则很弱,因此对条纹病胁迫产生较弱的耐受力。2.青稞条纹病的定位与候选基因挖掘:以感病品种‘Z1141’为母本、抗病品种‘昆仑14号’为父本进行杂交,构建F2群体,进行实验室人工接种侵染F2群体并构建混池、亲本池,进行BSR-seq技术测序。利用ΔSNP-index方法分析得到3个区域,两个区域在5号染色体648,449,784~648,449,784bp和659,697,400~668,009,772bp,另一个区域在6号染色体的12,058,310~16,256,062bp,共包含310个基因,候选区间的基因进行GO分析,表明最丰富的类别是核酸结合,KEGG通路分析中发现显著富集氮代谢途径,为候选基因的筛选奠定了基础。3.通过全长转录组对‘昆仑14号’和‘Z1141’在条纹病胁迫下差异表达基因鉴定,共发现3126个差异基因。对差异基因进行了层次聚类分析,两品种在感病前聚为一类,感病后聚为一类。横向也被分为两大类,其中一类是条纹病侵染后,表达量显著上升(1690个基因),另一类是条纹病侵染后,表达量显著下降(1436个基因),GO分析显著富集在细胞和代谢过程,KEGG分析主要在碳代谢代谢通路中。4.将全长转录组的差异表达3126个基因和BSR-seq定位的310个基因进行韦恩分析,共得26个候选基因。通过RT-q PCR技术对候选基因筛选,确定与类受体激酶相关基因HvnWAK(ID:HORVU6Hr1G008550)和抗病相关基因HvnRGA(ID:HORVU5Hr1G121640)为候选基因,推测该基因在条纹病侵染过程中发挥着重要作用。5.从抗病青稞‘昆仑14号’和感病青稞‘Z1141’叶片中克隆了HvnWAK基因。序列分析表明,‘昆仑14号’的CDS为2964bp,编码988个氨基酸,‘Z1141’的CDS为3048bp,编码1016个氨基酸,与‘昆仑14号’比,“Z1141”缺失了84个碱基,导致‘昆仑14号’和‘Z1141’有29个氨基酸的差异。从‘昆仑14号’、‘Z1141’叶片中克隆了HvnRGA,CDS为3849bp,编码1282个氨基酸。通过RT-q PCR表明:6个不同抗性青稞品种(‘昆仑14号’、‘Z1141’、‘Z1140’、‘昆仑13号’、‘THIBAUT’、‘昆仑12号’)在条纹病胁迫下接种处理6、7、8周后的HvnWAK、HvnRGA基因在叶片中总体呈现诱导表达。HvnWAK和HvnRGA在抗病品种青稞‘昆仑14号’和感病品种青稞‘Z1141’叶片中的表达模式类似,均是先增加后降低的模式,但在‘Z1141’中两基因先响应条纹病且表达峰值在早中期,而在‘昆仑14号’中两基因后响应条纹病且表达峰值在中后期。推测在青稞条纹病侵染时,HvnWAK和HvnRGA基因在响应青稞条纹病过程中可能在合成通路中存在着一定的协同关系。
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