基于互作转录组分析的抗病香蕉品系南天蕉与尖孢镰刀菌互作机理研究 (2)

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1、DualRNA-sequencingUnveilsHost-PathogenInteractionsinResistantBananaCultivarsNantianjiaoUponFusariumoxysporumRace4ChallengeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhonghuaLeiSupervisor：Prof.GuChenSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：Q7学校代号：10561学号：201520119849华南理工大学硕士学位论文基于互

2、作转录组分析的抗病香蕉品系南天蕉与尖孢镰刀菌互作机理研究作者姓名：雷忠华指导教师姓名、职称：陈谷教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：制糖工程研究方向：功能基因组学论文提交日期：2018年04月12日论文答辩日期：2018年06月04日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：蔡俊鹏教授委员：张学武教授、魏东教授、陈谷教授、范晓丹副教授摘要香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌香蕉枯萎病菌（Fusariumoxysporumf.sp.cubense，Foc）引起的土传性真菌流行病害，它会造成被感染植株黄化枯萎和大量减产，对香蕉产业极具毁灭性。目前，香蕉枯萎病菌4号生理小种（Foc

3、4）的危害最为严重，广泛栽培的Carvendish巴西蕉(Musaspp.AAA)极易感染Foc4。南天蕉是经组培筛选培育出的巴西蕉新品系，对Foc4具有较强的抗性。为探明南天蕉的抗病机理，挖掘抗病基因，剖析香蕉与Foc4的互作机制，本论文采用互作转录组测序分析实验组南天蕉和对照组巴西蕉在接种Foc4前和接种后第8天的根系转录本（N0、B0、N8、B8）；同时分析接种后第8天宿主根系中致病菌Foc4的转录本（Fn8、Fb8），并比较不同样品在转录水平上的异同。各样本测序原始数据碱基数平均值为10991807301bp，高质量碱基数平均值为10293699555bp（10G以上），所有样本高质量

4、数据留存率均高于92.78%。各样本比对到香蕉参考基因组的匹配率介于65.01%~75.33%；而接种Foc4南天蕉和巴西蕉根系样本转录本比对到Foc4参考基因组得总碱基数平均值分别为13221300bp和23125800bp。分析各组差异表达基因在GO和KEGG富集情况，显示：共有6个通路涉及15个基因为N8/B8组所特有，这些通路包括角质栓质和蜡质的生物合成、糖酵解/糖异生、矿质吸收等。对N8/B8组差异表达基因GO注释分类统计显示，显著上调的生物过程有生物黏附、繁殖、抗氧化活性、酶调节活性、分子结构活性和转运活性；显著下调的生物过程有发育过程、繁殖过程、信号通路、免疫系统过程、负调控过程

5、等。一些编码如病程相关蛋白（PRs）、几丁质酶、转录因子（TFs）等的基因在巴西蕉染病后（B8/B0）显著上调，而在南天蕉（N8/N0）中并无明显变化。值得注意的是南天蕉中编码过氧化物酶相关基因在染病后显著上调，该酶参与苯丙素生物合成促进木质素的生成，而木质素可以强化植物细胞壁阻止病原菌入侵。Fn8与Fb8相比共有711个基因的表达受宿主影响而显著变化，这些差异基因主要富集在肌动蛋白细胞骨架调节、吞噬体、FcγR-介导的吞噬、蛋白酶体、内噬作用等KEGG通路中。Foc4中富集在上述这些与免疫相关代谢通路的基因表现为一致上调；另有4个编码外切多聚半乳糖醛酸酶（PG）的基因显著上调，该酶可降解植物

6、细胞壁。这些结果表明Foc4入侵南天蕉比巴西蕉更具挑战性。通过对香蕉-Foc4互作转录组数据分析，表明抗病南天蕉和易感病巴西蕉对Foc4的I宿主-病原菌互作机制不同。南天蕉主要通过强化细胞壁、调控气孔闭合来阻止Foc4的入侵；而巴西蕉可能通过分泌水解酶如几丁质酶来阻止Foc4的寄生。面对入侵南天蕉的强大阻力，Foc4试图通过增加自身黏附能力、分泌水解酶破坏宿主细胞壁以及合成毒素物质来达到入侵的目的。上述这些研究结果将对后续香蕉-Foc4互作机制研究、香蕉抗病新品种的培育以及香蕉枯萎病的防治提供新的思路和一定的参考。关键词：香蕉枯萎病；尖孢镰刀菌；互作转录组IIABSTRACTFusariumw

7、iltofbananacausedbyFusariumoxysporumf.sp.cubense(Foc)isoneofthemostdestructivefungaldiseases.Itsubstantiallyreducestheproductionandproductivityofbanana(Musaspp.).Brazilbanana(Carvendishmusaspp.AAA)iss