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水稻纹枯病菌黑色素形成的转录组分析

江绍锋;王陈骄子;舒灿伟;周而勋

  由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani K(u|¨)hn)引起的水稻纹枯病是世界范围内分布最为广泛的水稻三大病害之一。目前国内外的研究表明,黑色素的多少与立枯丝核菌抗逆性的大小和致病力的强弱成正相关关系,但人们对立枯丝核菌黑色素形成的分子机制所知甚少。为了从分子水平上揭示水稻纹枯病菌生长发育过程中黑色素形成的机制,本研究分别以不同处理条件下(空白处理Rs=褐色,50μg/mL儿茶酚处理RsC=深褐色或黑色,300μg/mL莨菪碱处理RsH=白色)培养4d的水稻纹枯病菌的菌体为研究材料,提取其总RNA,以Illumina Hi-seq 2000平台技术进行高通量转录组测序,并进行生物信息学分析,旨在筛选黑色素形成的差异表达基因。研究结果表明:经过过滤低质量Reads后,对Rs、RsC和RsH进行了Tophat2分析,分别保留了67 777 960对、66 965 558对和57 937 624对Reads,其中64.21%、61.59%和61.26%的Reads能准确比对到参考基因组上,说明RNA-Seq结果和参考基因组可靠。通过DESeq分析差异表达基因,结果发现当Rs与RsC相比较时,有385个基因显著上调,而显著下调的基因则有208个;当Rs与RsH相比较时,显著上调的基因69个,而显著下调的基因有98个;而RsC与RsH相比较时,上调的基因有62个,而下调的基因则为50个。G0富集分析表明,DEGs描述基因的分子功能有14种、所处的细胞组分16种和参与的生物过程有73种。KEGG注释富集分析表明,有3769个基因富集在42条信号通路上,这些差异表达基因主要参与糖代谢、氨基酸代谢、蛋白质翻译、信号转导和疾病传播等生物代谢过程,而KEGG分析筛选得到的色素合成基因主要分布于酪氨酸代谢通路和黑色素合成代谢通路。将水稻纹枯病菌转录组拼接后建立本地数据库,根据色素合成基因序列比对出水稻纹枯病菌生长发育的24种同源基因序列,设计特异引物,通过荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分别对这24种基因的转录水平进行检测,qRT-PCR分析结果表明,24个色素相关基因的表达模式与RNA-Seq分析结果变化趋势一致。这些研究结果为进一步研究水稻纹枯病菌黑色素形成的分子机制奠定了理论基础,并为水稻纹枯病菌生长发育相关基因的结构及功能研究奠定了基础。……