甲基磺酸甲酯对‘豫杂一号’泡桐丛枝病发生基因表达变化的影响

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泡桐(Paulownia.)原产于中国,材质优良、生长迅速、适应性强,是一种速生绿化、用材树种,具有重要的环境和经济价值,被广泛种植于我国温带地区,并被成功引入许多其它国家和地区,惠及甚广。但是由于植原体侵染引起的泡桐丛枝病(Paulownia Witches’Broom,Pa WB),传染性强,危害范围广,影响泡桐植株生长发育,甚至导致死亡,极度影响泡桐的经济、生态等方面的价值,给泡桐产业的发展造成了严重危害。然而截至目前,植原体侵染诱发泡桐丛枝病过程的分子机制仍然不十分清楚。为了进一步揭示泡桐对丛枝病抗性的分子机制,完善泡桐生物胁迫相关研究的理论基础,本次研究以“豫杂一号”泡桐健康组培苗,丛枝病组培苗及不同浓度(15 mg·L-1/30 mg·L-1)MMS处理的患病组培苗为材料,利用Illuminate测序平台,检测泡桐丛枝病发生过程基因表达的变化,与泡桐基因组进行比对,控制测序质量,进行可变剪切分析,同时筛选出与泡桐丛枝病发生相关的基因对其进行功能注释分析,并对部分测序所得基因进行q RT-PCR验证,现将结果归纳如下:(1)本研究采用Illumina测序平台对“豫杂一号”泡桐样品进行转录组测序,共得到335,278,558条raw reads,经过数据过滤,4个样品文库分别得到64,075,714(PTF)、75,308,384(PTFI)、92,383,062(PTFI-15)和88,500,118(PTFI-30)条clean reads,Q30碱基百分比均在96.3%以上,且GC碱基含量均大于46.3%。(2)将测序所得clean reads比对到泡桐参考基因组上进行可变剪切分析,共检测到四种类型的可变剪切事件,分别为内含子保留,外显子跳跃,5`端可变剪切,3`端可变剪切,发生的最主要可变剪切事件类型为内含子保留,在健康样品中未检测到其发生,但在丛枝病样品(包括MMS处理及对照)中均大量发生,其中在PTFI-15样品中发生的数量最多,说明IR事件的发生与泡桐丛枝病及MMS试剂处理存在一定联系。(3)将测序数据与泡桐参考基因和参考基因组比对,进行质量控制,并计算FPKM,以此确定发生差异表达的基因,经过筛选在PTF VS.PTFI中得到差异基因2671个,PTF VS.PTFI-15中差异基因3791个,PTF VS.PTFI-15中差异基因2443个,在PTFI VS.PTFI-30中差异基因4,257个。(4)设计方案排除试剂和生长发育等因素影响,找到与丛枝病发生相关的差异基因152个,对这些差异基因进行功能注释和Pathway富集分析发现这些基因与应激反应、细胞膜、催化活性、金属离子结合等生物学过程;及代谢途径、次生代谢物生物合成、植物激素信号转导、植物-病原互作等代谢通路密切相关。(5)从转录组测序结果中,随机挑选了8个差异表达基因进行实时荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR)验证,验证结果与转录组测序结果趋势一致。
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