小麥葉銹菌THTT在TcLr19及其感病突變體M433-3-11-2上差異表達(dá)分析.pdf

1、小麥葉銹菌引起的小麥葉銹病是世界范圍內(nèi)普遍發(fā)生、對(duì)經(jīng)濟(jì)影響最嚴(yán)重的小麥病害之一。開(kāi)展小麥葉銹菌致病機(jī)制研究，對(duì)防治葉銹病，保障小麥安全生產(chǎn)具有重要意義。利用小麥抗葉銹近等基因系TcLr19及其感病突變體M433-3-11-2開(kāi)展小麥與病原菌互作研究，對(duì)于揭示小麥葉銹菌致病機(jī)理具有重要意義。因此，本試驗(yàn)將葉銹菌株THTT的休眠夏孢子(BZ)、萌發(fā)芽管(MF)、THTT與TcLr19(R)和M433-3-11-2(M)互作早期（分別表注為R

2、IQ和MIQ）和互作后期（分別標(biāo)注為MI6d和RI6d）轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行RNA-seq測(cè)序。通過(guò)基因數(shù)字表達(dá)譜，分析基因表達(dá)水平，并在七大數(shù)據(jù)庫(kù)(Nr，Nt，Pfam，KOG，Swiss-prot，KEGG，GO)進(jìn)行功能注釋。對(duì)差異表達(dá)基因，通過(guò)生物信息學(xué)分析來(lái)預(yù)測(cè)葉銹菌候選分泌蛋白，結(jié)合基因表達(dá)模式和功能，篩選出可能與致病相關(guān)的基因，為研究葉銹菌致病機(jī)制奠定基礎(chǔ)。本試驗(yàn)主要結(jié)果如下:
　　1.小麥葉銹菌THTT通過(guò)Illumina

3、HiSeqTM2000平臺(tái)測(cè)序，葉銹菌休眠夏孢子、萌發(fā)夏孢子及與寄主互作的測(cè)序深度分別為8G、8G和12G。數(shù)字表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)THTT在親和互作和非親和互作中差異表達(dá)豐富。在MF、MIQ和MI6d與BZ相比較，共同上調(diào)的基因100個(gè)，共同下調(diào)基因286個(gè)。MIQ與RIQ相比較，顯著上調(diào)表達(dá)基因313個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因3301個(gè);MI6d與RI6d相比較，顯著上調(diào)表達(dá)基因20928個(gè)，顯著下調(diào)表達(dá)基因3159個(gè)。MI6d與MIQ相比較，顯著

4、上調(diào)表達(dá)基因17820個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因2179個(gè);RI6d與RIQ相比較，上調(diào)基因517個(gè)，下調(diào)表達(dá)基因5032個(gè)。在MIQ、RIQ和MI6d、RI6d共同上調(diào)表達(dá)基因151，共同下調(diào)表達(dá)基因2290個(gè);MI6d、MIQ和RI6d、RIQ共同上調(diào)表達(dá)基因1個(gè)(Cluster-19789.81726)，共同下調(diào)表達(dá)基因一個(gè)(Cluster-19789.97185)。
　　2.對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能富集，發(fā)現(xiàn)MIQ與RIQ相比較，

5、差異基因主要富集在通道抑制子、萜類物質(zhì)合成及纖維糖代謝和纖維糖氧化上，此外，涉及到大量的胞外區(qū)物質(zhì)。MI6d與RI6d相比較，差異基因涉及生物學(xué)過(guò)程和細(xì)胞組分兩大功能，包括細(xì)胞器、細(xì)胞代謝、氮素代謝、堿基復(fù)合物代謝以及分子功能中的核酸結(jié)合和陽(yáng)離子結(jié)合。MI6d與MIQ相比較，差異基因主要富集在代謝過(guò)程、氮素代謝過(guò)程以及分子功能中的氧化還原活性、核酸結(jié)合和水解酶活性上。RI6d與RIQ相比較，差異基因主要富集在代謝過(guò)程、氮復(fù)合體代謝過(guò)程、

6、氧化還原過(guò)程、胞外區(qū)和通道抑制子。
　　3.根據(jù)差異表達(dá)基因KEGG富集程度和基因功能，篩選出可能與致病相關(guān)的20個(gè)代謝通路。包括39個(gè)GPI相關(guān)基因，23個(gè)囊泡運(yùn)輸相關(guān)基因，140個(gè)糖酵解相關(guān)基因，113個(gè)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)子基因等可能在葉銹菌中有重要作用。同時(shí)推測(cè)3個(gè)氨酸代謝基因(Cluster-19789.97938、Cluster-19789.101960、Cluster-19789.101958)，4個(gè)果糖和甘露糖代謝相關(guān)基因（

7、Cluster-19789.101603、Cluster-19789.97958、Cluster-19789.97685、Cluster-19789.93451），10個(gè)內(nèi)吞作用基因可能為葉銹菌致病相關(guān)基因。
　　4.利用Signal P4.1、TMHMM2.0、Target P和Effector P對(duì)差異表達(dá)基因編碼氨基酸序列進(jìn)行效應(yīng)蛋白預(yù)測(cè)，結(jié)果獲得336個(gè)候選分泌效應(yīng)蛋白?；虮磉_(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)，這336個(gè)候選分泌蛋白分為三種

8、類型，第一類，只在M433-3-11-2中表達(dá)，此類基因有109個(gè)。這些基因主要參與泛素介導(dǎo)的蛋白水解代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和泛素化生物過(guò)程;第二類，只在TcLr19上表達(dá)基因45個(gè)，主要參與蛋白質(zhì)水解過(guò)程、離子通道抑制活性和核膜定位作用;第三類，在抗病寄主和感病寄主上均有表達(dá)的，共有182個(gè)基因。對(duì)Pfam結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，效應(yīng)蛋白多樣性豐富，保守結(jié)構(gòu)較少。
　　5.8個(gè)基因的定量分析結(jié)果與基因數(shù)字表達(dá)譜分析結(jié)果一致。表達(dá)模式有兩種:

9、Cluster-19789.73893、Cluster-19789.65598和Cluster-32222.0從BZ到THTT和寄主互作144h，基因上調(diào)表達(dá);Cluster-19789.105186、Cluster-19789.110192、Cluster-19789.74609、Cluster-19789.68236和Cluster-19789.81277在192h前出現(xiàn)一個(gè)表達(dá)高峰后，其表達(dá)量出現(xiàn)了下調(diào)趨勢(shì)。
　　綜上所述，