中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (15): 3035-3052.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.15.010
蔚书涵(), 秦小杰(
), 吴其超, 李玲, 臧德奎, 马燕(
)
收稿日期:
2024-01-21
接受日期:
2024-03-21
出版日期:
2024-08-05
发布日期:
2024-08-05
通信作者:
联系方式:
蔚书涵,E-mail:2963521536@qq.com。秦小杰,E-mail:2955744882@qq.com。蔚书涵和秦小杰为同等贡献作者。
基金资助:
YU ShuHan(), QIN XiaoJie(
), WU QiChao, LI Ling, ZANG DeKui, MA Yan(
)
Received:
2024-01-21
Accepted:
2024-03-21
Published:
2024-08-05
Online:
2024-08-05
摘要:
【目的】芍药在生长发育过程中容易遭受病原菌侵染,感染病害,由细极链格孢(Alternaria tenuissima)引起的红斑病是其主要叶部病害,严重影响品质和产量,目前对芍药红斑病的抗病机理尚未清晰。本研究运用生理学和转录组学手段,探究芍药响应细极链格孢侵染的生理变化及分子途径。【方法】以芍药‘大富贵’为试验材料,取A. tenuissima接种后12、24和96 h的芍药叶片,测定其相关生理指标并进行转录组测序分析,以未接种叶片为对照。【结果】病原菌接种后,芍药叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增强,可溶性糖与可溶性蛋白以及丙二醛(MDA)含量升高,脯氨酸含量降低。在A. tenuissima侵染芍药12、24和96 h后,芍药分别有5 045、5 961和2 748个差异表达基因上调,有4 284、5 665和3 536个差异表达基因下调。GO富集分析发现差异基因主要富集到部分生物合成和代谢过程、光合作用、信号转导和节律相关条目中。KEGG富集分析显示差异基因主要富集到碳代谢、氨基酸的生物合成、植物-病原菌互作、植物激素信号转导、MAPK信号等通路中。3条抗病通路(植物-病原菌互作、MAPK信号和植物激素信号转导)中共同富集到53个差异基因,这些差异基因中包括1个MPK6、2个PR1、4个MKK4/5和46个BAK1。随机选取9个芍药响应细极链格孢侵染的差异表达基因进行qRT-PCR分析,基因表达规律与转录组测序结果一致,证实RNA-seq的准确性。AP2/ERF-ERF、WRKY、bHLH和MYB-related转录因子家族是芍药响应A. tenuissima侵染的关键转录因子家族。【结论】A. tenuissima侵染芍药后,芍药通过提高SOD、POD、CAT和PAL的活性提升抗氧化能力,清除病害胁迫所产生的大量活性氧,通过增加可溶性糖与可溶性蛋白的含量、降低脯氨酸的含量进行渗透调节保持细胞水分。BAK1、PR1、MKK4/5和MPK6在芍药响应A. tenuissima侵染过程中起到重要作用,推测PlERF20、PlERF1b、PlWRKY41、PlMYC4和PlMYB62是芍药响应A. tenuissima侵染的抗病相关转录因子。
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表1
荧光定量基因及其引物序列"
基因ID Gene ID | 基因名称 Gene name | 引物序列 Primer sequences (5′-3′) |
---|---|---|
Cluster-41615.4 | Pl22kDa | F-TGTTGATGACCCTCCCACTG |
R-ACCTCCTTCGCTAAGACCCA | ||
Cluster-25222.0 | Pl2C | F-TCGTCTGCTTCATCCTCGTC |
R-TTCACCGTGTCCTCCATCTC | ||
Cluster-33970.0 | Pl73C | F-GCTTTCCCATCCCTCACCCA |
R-CCCTTCCTTATCCCCTTCGT | ||
Cluster-44545.2 | Plbeta12 | F-GACTGCATCCTCGGCTTATC |
R-GTCTCCATTGCTACCGTCCT | ||
Cluster-39401.2 | PlC4H | F-GCGAGCACGACAGGAGTAAC |
R-CACTCAATGGACCACAGCGT | ||
Cluster-36613.1 | PlCB-HEL | F-TGGACTGCTTTCTGTGGACC |
R-CCTTGGGCGTAACCTTTTCC | ||
Cluster-48234.4 | PlFBA2 | F-CTGGTGCCATCCTCTTTGAG |
R-CAGAGCGAGAAGCAAGTCCA | ||
Cluster-39754.0 | PlMPK3 | F-GGTGATTTCCCGTCGGTTCG |
R-CATCGCCACCATCTCATTCG | ||
PlActin | F-ACTGCTGAACGGGAAATT | |
R-ATGGCTGGAACAGGACTT |
表2
不同时期抗氧化酶编码基因信息"
编码基因类型 Coding gene type | 基因ID Gene ID | 数量和表达情况 Numbers and expression | ||
---|---|---|---|---|
0 h-vs-12 h | 0 h-vs-24 h | 0 h-vs-96 h | ||
SOD | Cluster-21479.0、Cluster-38829.0 | 2↓ | 2↓ | 2↑ |
CAT | Cluster-15271.0、Cluster-15271.4 | 2↓ | 2↓ | 2↑ |
PAL | Cluster-29908.1、Cluster-43673.0 | 2↑ | 2↓ | 2↑ |
POD | Cluster-29095.0、Cluster-12475.0、Cluster-31513.0、Cluster-31058.0、Cluster-39813.0、Cluster-35747.0、Cluster-36033.0、Cluster-34931.2、Cluster-8798.0、Cluster-14245.0、Cluster-29373.1、Cluster-34931.0、Cluster-34931.1、Cluster-14245.2、Cluster-14245.5、Cluster-29373.2、Cluster-29373.1、Cluster-14245.1 | 7↓11↑ | 7↓11↑ | 7↑11↓ |
表3
3条抗病通路共有差异基因注释信息"
KEGG注释 KEGG annotation | 基因ID Gene ID | 数量和表达情况 numbers and expression | ||
---|---|---|---|---|
0h-vs-12 h | 0 h-vs-24 h | 0 h-vs-96 h | ||
K14512:MPK6 | Cluster-14807.0 | 1↓ | 1↑ | 1↓ |
K13449:PR1 | Cluster-12493.0、Cluster-15031.0 | 1↓1↑ | 1↓1↑ | 1↓1↑ |
K13413:MKK4/5 | Cluster-12686.0、Cluster-23759.0、Cluster-23759.2、Cluster-33116.0 | 1↓3↑ | 2↓2↑ | 2↓2↑ |
K13416:BAK1 | Cluster-17268.0、Cluster-19810.12、Cluster-19810.15、Cluster-22043.0、Cluster-27094.0、Cluster-27287.0、Cluster-27287.1、Cluster-27287.2、Cluster-27287.3、Cluster-27590.13、Cluster-27590.16、Cluster-27590.17、Cluster-27590.20、Cluster-27590.22、Cluster-27780.0、Cluster-28171.0、Cluster-29725.0、Cluster-29805.10、Cluster-31471.1、Cluster-31471.3、Cluster-3279.0、Cluster-3322.6、Cluster-33791.6、Cluster-34282.4、Cluster-34961.2、Cluster-34961.3、Cluster-35740.1、Cluster-36572.5、Cluster-41113.2、Cluster-43230.3、Cluster-43230.6、Cluster-44426.0、Cluster-44912.2、Cluster-44912.3、Cluster-44912.4、Cluster-44912.6、Cluster-46036.0、Cluster-47653.0、Cluster-47653.10、Cluster-47653.11、Cluster-47653.13、Cluster-47653.4、Cluster-47653.7、Cluster-48429.24、Cluster-5270.1、Cluster-5270.3 | 13↓33↑ | 19↓27↑ | 34↓12↑ |
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