





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (22): 4656-4672.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.22.008
收稿日期:2025-07-29
接受日期:2025-10-18
出版日期:2025-11-16
发布日期:2025-11-21
通信作者:
联系方式:
王凡,E-mail:2320951333@qq.com。
基金资助:
WANG Fan(
), LIU ChenWei, LU HongChen, XU RenChao, BIAN XiaoChun(
)
Received:2025-07-29
Accepted:2025-10-18
Published:2025-11-16
Online:2025-11-21
摘要:
【目的】叶斑病是限制蚕豆生产的一种新型真菌病害,交链格孢(Alternaria alternata)是其主要病原菌之一。本研究通过转录组分析和抗病基因功能验证,探讨蚕豆响应交链格孢侵染的分子途径。【方法】以蚕豆品种CD-006为试验材料,对接种交链格孢后0、6、12和24 h的蚕豆叶片进行转录组测序,筛选差异表达基因(differentially expressed gene,DEG),并对其进行GO(gene ontology)功能注释和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)代谢通路富集分析,从而挖掘抗病相关基因。采用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)验证转录组测序结果,从中筛选出VfPR4进行烟草的遗传转化,并通过有伤接种法完成VfPR4的抗病功能分析。【结果】侵染后6、12和24 h,蚕豆中分别有3 537、3 152和2 947个差异基因上调表达,分别有1 181、1 453和1 319个差异基因下调表达。GO分析发现差异基因主要富集于氧化还原酶活性和一些生物合成(代谢)过程,KEGG分析发现差异基因主要富集于次生代谢物的生物合成、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成等途径。侵染后6 h,KEGG还富集于MAPK信号途径和植物-病原菌互作途径,这2条抗病通路共同富集了32个差异基因。转录组分析发现52个PR,其中35个基因差异表达。选取6个差异基因进行qRT-PCR验证,验证结果与转录组测序结果一致,其中VfPR4在交链格孢侵染后24 h内持续上调表达。烟草遗传转化结果表明,转基因烟草的病斑症状较轻,病斑面积分别为128.94、110.57和92.92 mm2,明显小于野生型病斑面积(174.32 mm2)。【结论】通过转录组分析,发现蚕豆可能主要通过氧化爆发、次生代谢物生物合成、苯丙烷生物合成、MAPK信号途径和植物-病原菌互作等途径响应交链格孢的侵染。VfPR4能够正向调控烟草对交链格孢的抗性。
王凡, 刘陈玮, 陆红臣, 徐仁超, 卞晓春. 蚕豆响应交链格孢侵染的转录组分析及VfPR4的抗病功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(22): 4656-4672.
WANG Fan, LIU ChenWei, LU HongChen, XU RenChao, BIAN XiaoChun. Transcriptome Analysis of Vicia faba Response to Alternaria alternata Infection and Validation of the Disease Resistance Function of VfPR4[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(22): 4656-4672.
表1
qRT-PCR、基因克隆及载体构建所用引物"
| 基因Gene | 引物序列Primer sequence (5′-3′) | 扩增效率Efficiency (%) |
|---|---|---|
| qRT-PCR | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.1g286840 | F: GGTTTGGGGAGTGGGTCG | 106.73 |
| R: TAGAAGCCTCAGAAGCCGTAGC | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.3g068200 (VfPR4) | F: CCTTTTGTGGACCCGTTGG | 99.07 |
| R: GTGACCCGCCTGGTAGCC | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.4g083240 | F: GTTTTGGATGACCCCACAGG | 102.75 |
| R: CGCCATTGATTATGTTGGTGAT | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.1g351200 | F: AGTTGAGAAGATTTCATTTGAGGCT | 99.43 |
| R: ATCAGGATGAGCAATACAGTAACCC | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.1g183400 | F: CATTTTGCCACTACAGACTCTAAGG | 90.74 |
| R: TGGAGGAGAAACCGTTGTCAG | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.6g134000 | F: CAGCAAAGAAACAGGTTGAAAAG | 98.66 |
| R: CACACTTGTCATCACAGTTACCTCA | ||
| VfELF1A | F: GTGAAGCCCGGTATGCTTGT | 106.45 |
| R: CTTGAGATCCTTGACTGCAACATT | ||
| NtActin | F: CCTGAGGTCCTTTTCCAACCA | 93.24 |
| R: GGATTCCGGCAGCTTCCATT | ||
| 基因克隆Gene cloning | ||
| VfPR4 | F: ATGGAGAGCACACAGAGAAGTTTAAC | |
| R: TTAGTCACCGCAATTAACAAAGACGT | ||
| 载体构建Vector construction | ||
| VfPR4 | F: AGAACACGGGGGACGAGCTCATGGAGAGCACACAGAGAAGTTTAAC | |
| R: ACCATGGTGTCGACTCTAGAGTCACCGCAATTAACAAAGACGTAG | ||
表2
测序数据统计与质量检测"
| 样本 Sample | 原始数据 Raw reads | 过滤后数据 Clean reads | 原始碱基 Raw bases | 过滤后碱基 Clean bases | Q20 (%) | Q30 (%) | GC (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CK-1 | 44713886 | 44544524 | 6707082900 | 6649756373 | 97.21 | 92.37 | 43.04 |
| CK-2 | 37108856 | 37009168 | 5566328400 | 5528310812 | 97.01 | 92.01 | 43.02 |
| CK-3 | 38092376 | 37994204 | 5713856400 | 5674495947 | 97.32 | 92.52 | 43.08 |
| T6-1 | 41623938 | 41522300 | 6243590700 | 6203365542 | 97.19 | 92.36 | 42.81 |
| T6-2 | 50863996 | 50705276 | 7629599400 | 7545767138 | 98.54 | 95.56 | 43.20 |
| T6-3 | 49319542 | 49134708 | 7397931300 | 7333695696 | 97.51 | 93.00 | 43.00 |
| T12-1 | 44038582 | 43868258 | 6605787300 | 6563061275 | 97.26 | 92.50 | 42.86 |
| T12-2 | 38431570 | 38286054 | 5764735500 | 5723593977 | 97.22 | 92.45 | 43.02 |
| T12-3 | 45024378 | 44864168 | 6753656700 | 6702567067 | 97.27 | 92.43 | 42.88 |
| T24-1 | 45809802 | 45609948 | 6871470300 | 6807440098 | 97.47 | 92.84 | 42.98 |
| T24-2 | 45742880 | 45613266 | 6861432000 | 6807387734 | 98.41 | 95.15 | 43.21 |
| T24-3 | 48451546 | 48287776 | 7267731900 | 7192462021 | 98.61 | 95.66 | 43.24 |
表3
比对参考基因组情况统计"
| 样本 Sample | 过滤后数据 Clean reads | 比对到基因组的数据及占比 Total mapped (%) | 比对到基因组唯一位置的数据及占比 Unique mapped (%) |
|---|---|---|---|
| CK-1 | 44092194 | 39123402 (88.73) | 36596547 (83.00) |
| CK-2 | 36492758 | 32535363 (89.16) | 30511820 (83.61) |
| CK-3 | 37415614 | 33617214 (89.85) | 31573700 (84.39) |
| T6-1 | 40849472 | 36455382 (89.24) | 34177712 (83.67) |
| T6-2 | 49378582 | 43572672 (88.24) | 40509613 (82.04) |
| T6-3 | 48266952 | 42929051 (88.94) | 40007796 (82.89) |
| T12-1 | 43210162 | 38477310 (89.05) | 36178498 (83.73) |
| T12-2 | 37742640 | 33652558 (89.16) | 31555095 (83.61) |
| T12-3 | 44271762 | 39224804 (88.60) | 36739592 (82.99) |
| T24-1 | 44969738 | 39722019 (88.33) | 37244088 (82.82) |
| T24-2 | 45022382 | 39229015 (87.13) | 36940861 (82.05) |
| T24-3 | 47568146 | 41713080 (87.69) | 39012843 (82.01) |
表4
比对参考基因组区域情况统计"
| 样本 Sample | 比对到外显子区域的比例 Proportion of comparison to exon regions (%) | 比对到内含子区域的比例 Proportion of comparison to intron regions (%) | 比对到基因间区域的比例 Proportion of comparison to intergenic regions (%) |
|---|---|---|---|
| CK-1 | 83.46 | 4.44 | 12.10 |
| CK-2 | 83.75 | 4.27 | 11.98 |
| CK-3 | 84.03 | 4.10 | 11.88 |
| T6-1 | 83.30 | 4.50 | 12.20 |
| T6-2 | 83.35 | 4.45 | 12.20 |
| T6-3 | 83.52 | 4.37 | 12.11 |
| T12-1 | 82.88 | 4.63 | 12.49 |
| T12-2 | 83.15 | 4.39 | 12.45 |
| T12-3 | 83.12 | 4.58 | 12.31 |
| T24-1 | 82.19 | 4.76 | 13.05 |
| T24-2 | 82.11 | 4.65 | 13.24 |
| T24-3 | 81.98 | 4.71 | 13.31 |
表5
交链格孢侵染后24 h内持续上调表达的6个抗病相关基因"
| 基因编号 Gene ID | 基因注释 Gene annotation | 表达水平Expression level (FPKM) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 0 h | 6 h | 12 h | 24 h | ||
| Vfaba.Tiffany.R1.3g072280 | RBOHB(MAPK信号途径MAPK signaling pathway、植物-病原菌互作Plant-pathogen interaction) | 0.131 | 0.163 | 0.607 | 1.807 |
| Vfaba.Tiffany.R1.1g350240 | PR1(MAPK信号途径MAPK signaling pathway、植物-病原菌互作Plant-pathogen interaction) | 0.663 | 18.979 | 23.724 | 24.035 |
| Vfaba.Tiffany.R1.1g351200 | PR10 | 2.033 | 140.937 | 252.342 | 426.230 |
| Vfaba.Tiffany.R1.1g351320 | PR10 | 0.077 | 0.850 | 2.324 | 27.403 |
| Vfaba.Tiffany.R1.1g351400 | PR10 | 1.868 | 17.391 | 67.293 | 82.358 |
| Vfaba.Tiffany.R1.3g068200 | PR4 | 1.363 | 48.051 | 253.160 | 530.807 |
图7
VfPR4增强烟草对交链格孢的抗性 A:VfPR4克隆Cloning of VfPR4;B:VfPR4与其他PR4蛋白的氨基酸序列比对Amino acid sequence alignment of VfPR4 with other PR4 proteins;C:VfPR4蛋白的系统进化树Phylogenetic tree of VfPR4 protein;D:VfPR4的亚细胞定位Subcellular localization of VfPR4;E:接种5 d后的病斑表型Lesion phenotype at 5 d after infection;F:烟草中VfPR4的相对表达量Relative expression level of VfPR4 in tobacco;G:接种5 d后的病斑面积Lesion area at 5 d after infection。*:P<0.05;**:P<0.01"
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