白粉病菌对甜瓜幼苗叶片DNA甲基化和转录组的影响

摘要

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科甜瓜属植物。具有独特的香气，味甜且营养丰富，深受消费者的喜爱。白粉病是影响甜瓜生产和经济效益的主要病害之一，在植物-病原互作环境下，植物的基因响应往往发生剧烈的变化，进而通过调控酶代谢和物质代谢形成一系列的防御机制。目前，关于白粉病发病过程对甜瓜DNA甲基化修饰和基因表达网络的研究尚浅影响缺少系统研究，本研究以‘羊角蜜’甜瓜为供试材料，通过全基因组甲基化和转录组测序技术，研究了白粉病对DNA甲基化和基因表达的影响，为探明甜瓜响应白粉病的分子机制奠定一定的基础。主要结果如下： 1. 全基因组DNA甲基化测序结果符合要求且测序质量合格。鉴定CpG、CHG和CHH三种形式的甲基化修饰中DMR的数量分别为8,047、4,872和6,686个。接种白粉病后，甜瓜叶片DNA甲基化修饰水平有所提升。差异高甲基化区域的程度显著差异低甲基化区域，并且在不同修饰作用下，DMR在基因组功能元件区域的分布亦有不同。 2. 转录组测序质量合格，数据全面，覆盖度高。共鉴定到4,808个差异表达基因，其中2,315个上调基因，2,493个下调基因。差异表达基因热图聚类分析表明，白粉病诱导产生的下调基因多集中于植物生长过程，而上调基因多集中于抗病过程。 3. 甜瓜全基因组DNA甲基化测序与转录组测序联合分析表明，存在于差异高甲基化区域的差异表达基因有1,520个，存在于差异低甲基化区域的差异表达基因有1,057个。其中，共鉴定出唯一基因2,134个，对其进行GO富集分析发现，这些差异基因主要参与了植物代谢、细胞生长、催化等基础过程，且高甲基化的差异表达基因多于低甲基化的差异表达基因。DNA甲基化与基因表达之间具有复杂的调控关系。结果中共分析了70个具有DMR的差异表达基因，其中绝大部分基因的甲基化水平升高，基因表达水平降低；甲基化水平降低，基因表达水平升高，符合DNA甲基化与基因表达间的生物关系。 4. 甜瓜感染白粉病后，2个核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶基因，下调表达；叶绿素代谢中 22 个基因的表达水平发生了显著变化，其中 18 个下调；光合作用过程中 51个基因的表达水平发生显著变化，其中 50 个下调。说明甜瓜感染白粉病后光合作用和叶绿素合成受到抑制，影响营养供应，造成植物生长抑制。 而甜瓜感染白粉病过程中，几丁质酶、苯丙氨酸解氨酶、4-香豆酸-辅酶A连接酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、乙烯应答转录因子以及 WRKY 转录因子中的绝大部分基因表达显著上调，表现出对白粉病的积极响应。以上结果表明，甜瓜感染白粉病后，甜瓜光合作用相关基因表达下调，抗性相关基因表达上调；诱导差异表达下调基因多于上调基因，这与DNA甲基化分析中诱导差异高甲基化区域多于差异低甲基化区域相符合。

目录

声明

符号说明

1 前言

1.1 甜瓜概述

1.2 甜瓜白粉病的研究进展

1.3 转录组与全基因组甲基化研究进展

1.4 本研究的目的及意义

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计与处理

2.3 试验方法

3 结果与分析

3.1 甜瓜DNA甲基化和转录组分析

3.2 白粉病对甜瓜的伤害分子机制分析

3.3 甜瓜对白粉病的抗性响应机制

4讨论

5 结论

5.1 甜瓜DNA甲基化和转录组测序

5.2白粉病显著抑制了光合途径

5.3甜瓜对白粉病的抗性响应机制

5.4白粉病导致甜瓜基因的变化与DNA甲基化关系密切

参考文献

致谢