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Didymella segeticola侵染茶树后寄主类黄酮生物合成通路抗性相关基因的功能研究

Didymella segeticola侵染茶树后寄主类黄酮生物合成通路抗性相关...

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作者：杨蕤贵州大学

学位级别：硕士

贵州省作为茶产业大省,种茶面积位居我国首位,因其高海拔、多云雾、寡日照和低温冷凉的气候特征,使得茶产业发展具有独特优势,而茶树病害是限制贵州茶产业健康发展的有害因子。其中,由Didymella segeticola(暂无中文名)引起的茶叶斑病... 详细信息

贵州省作为茶产业大省,种茶面积位居我国首位,因其高海拔、多云雾、寡日照和低温冷凉的气候特征,使得茶产业发展具有独特优势,而茶树病害是限制贵州茶产业健康发展的有害因子。其中,由Didymella segeticola(暂无中文名)引起的茶叶斑病是本课题组从贵州省石阡县茶树叶部病害上首次分离获得,该病原菌可侵染茶树新梢、嫩叶和成叶,严重影响茶叶的质量和产量,但目前对***缺乏有效的防治措施。为进一步研究***侵染茶树叶部组织后寄主的抗病机制,对***侵染茶树叶部组织后进行转录组测序。在茶叶上共鉴定到1,900个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),其中,678个基因上调,1,222个基因下调。通过GO(Gene ontology)和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析发现,类黄酮生物合成(Flavonoid biosynthesis)通路有显著差异表达基因,从该通路中筛选4个差异表达基因:黄酮醇合成酶/黄烷酮3-羟化酶(Flavonol synthase/Flavanone 3-hydroxylase,FLS/F3H)、查尔酮合成酶1(Chalcone synthase 1,CHS1)、无色花色素还原酶1(Leucoanthocyanidin reductase1,LAR1)和咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(Caffeoyl-Co A O-methyltransferase,CCo AOMT)。通过安徽农业大学的茶树基因组数据库和茄科基因组数据库获得茶树寄主4个差异表达基因在本氏烟上的同源基因,基因片段大小分别为387 bp(FLS/F3H)、1,170 bp(CHS1)、1,005 bp(LAR1)和633 bp(CCo AOMT),并克隆基因全长。利用病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术和瞬时表达(Transient expression)技术对4个目的基因进行功能研究,构建4个目的基因的TRV2表达载体和p BI121表达载体,观察4个目的基因沉默或超表达后的烟草植株表型,并在沉默或超表达后的烟草植株接种灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea),量取侵染后的烟草植株叶片病斑直径大小进行抗病性分析,实验结果发现目的基因沉默后的烟草植株病斑直径变大,目的基因超表达后的烟草植株病斑直径减小。结果初步表明,4个目的基因的功能与茶树的抗病性有关。本论文将针对***侵染茶树叶部组织后的转录组数据,筛选类黄酮生物合成通路的相关基因,并进行基因功能研究,为茶树的抗病育种、茶叶斑病病原菌***致病机制的研究和防控措施提供新的思路。

关键词：茶叶斑病 Didymella segeticola 类黄酮生物合成通路

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遗传变异和表观遗传调控金银花类黄酮合成通路上基因表达水平的研究

遗传变异和表观遗传调控金银花类黄酮合成通路上基因表达水平的研...

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作者：郁显运广西大学

学位级别：硕士

类黄酮化合物是金银花中最重要的药用成分之一,具有重要的抗菌、抗病毒活性。类黄酮通路上关键基因的表达对类黄酮化合物的积累起到重要作用。目前关于遗传变异和表观遗传调控金银花类黄酮合成通路上基因表达的研究鲜有报道。本研究对... 详细信息

类黄酮化合物是金银花中最重要的药用成分之一,具有重要的抗菌、抗病毒活性。类黄酮通路上关键基因的表达对类黄酮化合物的积累起到重要作用。目前关于遗传变异和表观遗传调控金银花类黄酮合成通路上基因表达的研究鲜有报道。本研究对常见的两种金银花品系(北花一号和四季花)的不同发育时期(白蕾时期和金花时期)进行了多组学测序,包括全基因组重测序,全基因组亚硫酸盐测序和转录组测序。研究遗传变异、表观遗传、遗传变异-表观遗传共同调控的三种角度,全面的解析不同品系金银花类黄酮通路上基因表达水平差异的原因。主要研究结果如下:1.我们在四季花中共鉴定了9,909,981个SNPs,利用鉴定的SNPs与四季花参考基因组进行校对,构建了金银花北花一号的假基因组。SNPs影响的相关差异表达基因主要富集在类黄酮生物合成通路上。金银花类黄酮合成通路的关键酶基因容易受到转录因子MYB111调控,如LjMYB111a在北花一号中与关键酶基因LjCHI(EVM0013981)的表达水平呈正相关,但在四季花中无相关性。进一步对关键酶基因结合位点研究发现,可能是SNP导致转录因子的结合位点丧失,进而抑制了四季花LjCHI表达水平。2.比较金银花北花一号与四季花的DNA甲基化,发现两者存在显著差异,尤其是CHH类型的差异甲基化区域(DMRs)在TE区域聚集。DMRs-TE(TE相关的DMRs)相关的基因主要富集在类黄酮生物合成通路。同时,对类黄酮生物合成通路关键酶基因的研究表明,大多数基因存在Hypo-DMR,如LjFLS(EVM0027194),可能由于低甲基化TE的插入促进其表达。3.比较北花一号和四季花的甲基化胞嘧啶位点发现大量的差异甲基化胞嘧啶(DMCs),其中81%与SNP相关。这些SNP相关的甲基化胞嘧啶更容易发生突变,从而影响DNA甲基化类型、水平和基因表达。研究发现SNP相关的DMCs与76%的基因关联,特别在类黄酮生物合成通路中显著富集,影响类黄酮积累的关键基因如LjPAL、LjCHS和LjF3H表现出显著差异表达。这些基因的2 Kb区域和基因区域产生了大量与SNPs相关的DMCs,推测SNPs相关的DMCs可能调控北花一号基因的高表达。综上所述,我们利用全基因组重测序,全基因组亚硫酸盐测序和转录组测序多组学手段揭示了遗传变异、表观遗传和遗传变异-表观遗传共同作用调控类黄酮生物合成通路基因表达的机制,从而可能影响两个品系金银花类黄酮化合物的积累。这些发现为金银花育种和栽培技术提供新的思路。

关键词：金银花类黄酮生物合成通路 SNP DNA甲基化基因表达

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