小麥葉銹菌THTT在TcLr19及其感病突變體M433-3-11-2上差異表達分析.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、對經(jīng)濟影響最嚴重的小麥病害之一。開展小麥葉銹菌致病機制研究，對防治葉銹病，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開展小麥與病原菌互作研究，對于揭示小麥葉銹菌致病機理具有重要意義。因此，本試驗將葉銹菌株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（分別標注為MI6d和RI6d）轉(zhuǎn)錄組進行RNA-seq測序。通過基因數(shù)字表達譜，分析基因表達水平，并在七大數(shù)據(jù)庫(Nr，Nt，Pfam，KOG，Swiss-prot，KEGG，GO)進行功能注釋。對差異表達基因，通過生物信息學分析來預測葉銹菌候選分泌蛋白，結(jié)合基因表達模式和功能，篩選出可能與致病相關(guān)的基因，為研究葉銹菌致病機制奠定基礎(chǔ)。本試驗主要結(jié)果如下:
　　1.小麥葉銹菌THTT通過Illumina

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

4、上調(diào)表達基因17820個，下調(diào)表達基因2179個;RI6d與RIQ相比較，上調(diào)基因517個，下調(diào)表達基因5032個。在MIQ、RIQ和MI6d、RI6d共同上調(diào)表達基因151，共同下調(diào)表達基因2290個;MI6d、MIQ和RI6d、RIQ共同上調(diào)表達基因1個(Cluster-19789.81726)，共同下調(diào)表達基因一個(Cluster-19789.97185)。
　　2.對差異表達基因進行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過程和細胞組分兩大功能，包括細胞器、細胞代謝、氮素代謝、堿基復合物代謝以及分子功能中的核酸結(jié)合和陽離子結(jié)合。MI6d與MIQ相比較，差異基因主要富集在代謝過程、氮素代謝過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程、氮復合體代謝過程、

6、氧化還原過程、胞外區(qū)和通道抑制子。
　　3.根據(jù)差異表達基因KEGG富集程度和基因功能，篩選出可能與致病相關(guān)的20個代謝通路。包括39個GPI相關(guān)基因，23個囊泡運輸相關(guān)基因，140個糖酵解相關(guān)基因，113個ABC轉(zhuǎn)運子基因等可能在葉銹菌中有重要作用。同時推測3個氨酸代謝基因(Cluster-19789.97938、Cluster-19789.101960、Cluster-19789.101958)，4個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對差異表達基因編碼氨基酸序列進行效應蛋白預測，結(jié)果獲得336個候選分泌效應蛋白?；虮磉_模式分析發(fā)現(xiàn)，這336個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，此類基因有109個。這些基因主要參與泛素介導的蛋白水解代謝、信號轉(zhuǎn)導和泛素化生物過程;第二類，只在TcLr19上表達基因45個，主要參與蛋白質(zhì)水解過程、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的，共有182個基因。對Pfam結(jié)構(gòu)域進行分析發(fā)現(xiàn)，效應蛋白多樣性豐富，保守結(jié)構(gòu)較少。
　　5.8個基因的定量分析結(jié)果與基因數(shù)字表達譜分析結(jié)果一致。表達模式有兩種:

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;Cluster-19789.105186、Cluster-19789.110192、Cluster-19789.74609、Cluster-19789.68236和Cluster-19789.81277在192h前出現(xiàn)一個表達高峰后，其表達量出現(xiàn)了下調(diào)趨勢。
　　綜上所述，