低温诱导稻曲病菌菌核形成的转录组学分析

摘要

[目的]近40年来,稻曲病在世界各主要水稻栽培区均表现出发生规模不断扩大、严重程度不断增加的趋势,并逐渐发展成为水稻主要病害之一.前期对低温诱导初期的稻曲球进行切片,发现稻曲球内含有大量隐含菌核.本研究通过转录组高通量测序鉴定低温诱导稻曲病菌(Villosiclava virens)菌核形成的潜在调控基因,阐释菌核形成的分子机制,为揭示稻曲病发生规律及有效防治打下基础.[方法]利用高通量测序技术,对低温诱导处理的稻曲球进行转录组测序(对照组:TL911_1、TL911_2、TL911_3;低温处理组:FH1016_1、FH1016_2、FH1016_3).以稻曲病菌基因组(UV-8b)作为参考基因组进行序列比对,利用FPKM法计算基因表达量,设定参数(|log2 fold change|≥1且q-value≤0.05)筛选差异表达基因.结合基因差异表达分析、基因家族分析和富集分析(Gene Ontology/KEGG Pathway),鉴定稻曲病菌菌核形成关键基因,并利用实时荧光定量PCR (qRT-PCR)技术对其表达量进行验证.[结果]转录组测序共获得59.78 G高质量数据,其中,近93.2％的数据能够比对到稻曲病菌基因组.数据分析共鉴定到8 426个基因存在不同程度表达,占总体基因的97.13％.与对照相比,低温处理可诱导793个基因显著差异表达,分别有398和395个基因表现为上调、下调表达,随机挑选6个基因进行qRT-PCR验证,试验结果与转录组分析一致.在差异表达基因中,共注释到180个(22.7％)基因家族,其中61.67％的基因家族表现为上调表达,主要包括MFS转运蛋白、糖转运蛋白、锌指转录因子等.GO富集分析发现,差异表达基因显著富集于碳水化合物代谢、氧化还原过程、氧化还原酶活性等.KEGG分析发现,差异表达基因显著富集于次生代谢产物生物合成、淀粉蔗糖代谢、糖酵解/糖异生等代谢通路,暗示营养物质代谢和能量代谢途径相关基因表达对于低温诱导菌核形成至关重要.[结论]低温可诱导稻曲病菌菌核形成.低温使机体内部处于氧化应激状态,可通过信号转导途径放大,该过程由多个基因参与并调控多个基因家族成员,最终促使跨膜运输、细胞形态、生物合成等基因的上调表达,使得在形成菌核过程中蛋白表达活跃,达到合成细胞及物质的高峰期,进而促进菌核形成.