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1、玉米抗禾谷镰刀菌的转录组分析玉米茎腐病是一种土传性病害, 严重危害玉米的产量 , 降低籽粒的品质。目前通过化学手段防治茎腐病收效甚微, 最有效的手段是选育高抗玉米茎腐病自交系、培育抗茎腐病杂交种。玉米茎腐病发病的过程较为复杂, 相关的抗性机理研究还不是很清楚。赤霉菌茎腐病由禾谷镰刀菌 (Fusarium graminearum, 有性态 ,Gibberellazeae) 引起 ,本研究首先培育抗病位点不同, 抗性水平有差异的玉米近等基因系(nearisogenic lines,NILs),通过接种禾谷镰刀菌进行转录组测序, 探索玉米对禾谷镰刀菌的抗性机理。本研究依据玉米第10 和第 1 号染色
2、体上的两个抗茎腐病QTL, qRfgl和qRfg2, 培育四个近等基因系NILl( 同时带有 qRfg1 和 qRfg2 两个抗性位点 ) 、NIL2(qRfg1 为抗病位点 ,qRfg2 为感病位点 ) 、NIL3 (qRfg1 为感病位点 ,qRfg2 为抗病位点 ) 、NIL4 (qRfg1 和 qRfg2 均为感病位点 ) 。对四个近等基因系在成株期和幼苗期接种禾谷镰刀菌后 , 进行抗性评价。与 NIL4 相比 ,NIL1 、 NIL2、 NIL3 均可显著提高玉米对禾谷镰刀菌的抗性。苗期玉米幼根接种禾谷镰刀菌 , 接种后 0h( 对照 ) 、 6 h 和 18 h 分别取样 , 进行
3、转录组测序。四个近等基因系转录组测序后共得 700,331,156 clean reads 。用FPKM(fragments per kilobase of exon model per million mapped reads)表示基因的表达水平。接种禾谷镰刀菌后 , 共有 7,517 个基因在四个近等基因系中差异表达, 其中NILl 中 2,803 个 ,NIL2 中 4,402 个,NIL3 中 3,616 个,NIL4 中 5,153 。在四个近等基因系中都被诱导表达的基因多达1,228 个 , 抗性相关激素水杨酸 (salicylicacid,SA) 、茉莉酸 (jasmonicac
4、id,JA) 和乙烯 (ethylene,ET)的合成和信号途径、苯丙烷类次生代谢物合成等生物学过程显著富集, 说明尽管基因型不同 , 四个近等基因系中具有共同抵抗禾谷镰刀菌侵染的机制；同时,411 个基因在四个近等基因系中都下调表达 , 主要集中在氧化还原和基础物质合成过程相关的go term中 , 表明四个近等基因系的正常的生长和代谢活动都受到抑制。在禾谷镰刀菌接种后0 h,NIL2和 NIL4 间共有 2,499 个基因差异表达 , 其中884 个在 NIL2 中的表达量较高 , 多个抗病相关过程如对几丁质的响应、对真菌的抗性响应、对 JA 刺激的响应、 SA介导的系统获得性抗性、胞内信号转导等显著富集。此结果表明 ,qRfg1 可通过抗病相关基因的组成型高表达, 抵抗禾谷镰刀菌的侵染。接种禾谷镰刀菌后 ,NIL3 和 NIL4 中色氨酸 (Trp) 合成和生长素信号途径中的基因被诱导表达。与NIL3 相比 , 生长素信号途径中的基因在NIL4 中被诱导倍数较高；生长素极性运输过程中的基因在NIL4 中的表达量较高 , 所以 , qRfg2 有可能通过对生长素信号途径和极性运输过程的抑制提高对禾谷镰刀菌的抗性。