书目详细信息
： 多组学揭示魔芋响应胡萝卜软腐果胶杆菌侵染的机制研究
书目信息 机读格式(MARC)
| ISBN/价格： | CNY40.00 (估\呈缴)学位论文 |
|---|---|
| 作品语种： | chi |
| 出版国别： | CN 530000 |
| 题名责任者项： | 多组学揭示魔芋响应胡萝卜软腐果胶杆菌侵染的机制研究/.杨敏著/.陈海如, 余磊指导 |
| 出版发行项： | 2023.6.20 |
| 载体形态项： | 209页:;+图表:;+30cm |
| 一般附注： | 植物保护学院, 学号2020110049 |
| 提要文摘： | 魔芋是我国西南地区重要的经济作物，由胡萝卜软腐果胶杆菌Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum（Pcc）侵染引起的魔芋软腐病，是制约我国魔芋产业规模发展的主要因素之一。植物与病原物的互作研究是病害防治的基础，目前，魔芋对Pcc侵染的响应机制尚不明确，本研究采用多组学技术对感病花魔芋（Amorphophallus konjac）和抗病珠芽金魔芋（Amorphophallus muelleri）响应Pcc侵染时的基因表达、代谢产物积累和微生物群落变化等方面进行综合分析，以揭示抗感魔芋响应Pcc胁迫的机制，主要研究结果如下： 1. 利用RNA-Seq测序平台构建了抗感两种魔芋材料不同Pcc侵染阶段的基因表达谱，通过与相对应的样品对照基因表达谱进行比较，A. konjac和A. muelleri叶柄内分别有23799个和17125个基因表达水平在Pcc侵染后发生显著变化，AK_PC48S比较组有3834个差异表达基因（1987个上调，1847个下调），AM_PC48S比较组有4601个差异表达基因（2179个上调，2422个下调）。通过对差异基因的GO和KEGG富集分析，发现两种魔芋材料在转录水平对Pcc侵染的响应差异主要体现在植物激素信号转导、植物-病原菌互作（抗病相关基因等）以及抗病物质代谢等方面；对相关差异表达基因进行了整理发现茉莉酸（JA）和乙烯（ETH）信号途径、MAPK信号转导、病程相关蛋白如PR1等可能是两种魔芋分子抗病机制的重要组成部分；利用WGCNA分析筛选到A. konjac和A. muelleri 防御相关的41个和25个hub基因，其中MAPK4、MYC2、RTE1等hub基因在两种魔芋受侵染后均被诱导显著上调表达。进一步利用qRT-PCR对15个候选基因进行表达分析，结果显示RNA-Seq和qRT-PCR两种方法所得结果较为一致，尤其是表达变化趋势高度一致。其中MAPK4的表达量在侵染前（对照）、侵染48h和96h时A. konjac均低于A. muelleri，由此表明MAPK信号转导在A. muelleri免疫反应的激活方面具有重要作用。此外，JA信号通路也同时参与了两种魔芋对软腐病的防御反应，外源MeJA预处理试验证实，其可以减轻魔芋球茎软腐病的发病程度，MeJA预处理的病情指数较对照降低约13.75%。 2. 利用 LC-MS/MS非靶代谢组技术检测了不同Pcc侵染阶段两种魔芋叶柄、根及根际土壤中的代谢物，通过采用OPLS-DA分析和student’s t 检验发现A. konjac和A. muelleri组织中391个和280个代谢物在Pcc侵染后呈现差异积累。差异代谢物的KEGG富集分析显示，叶柄、根的差异代谢物均主要涉及“苯丙烷生物合成”、“α-亚麻酸代谢”和“类黄酮生物合成”等代谢通路；根际土壤的差异代谢物主要涉及“植物次生代谢物生物合成通路”。植物组织内差异基因和差异代谢物的整合分析表明，苯丙烷途径的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸4-羟化酶（C4H）、对香豆酸-辅酶 A 连接酶（4 CL）和咖啡酸-3-O甲基转移酶（COMT）等关键酶基因在Pcc侵染后显著上调表达，同时激活了下游代谢产物中阿魏酸、芥子酸以及丁香苷等的累积；其次，类黄酮生物合成通路中羟基肉桂酰转移酶（HCT）、肉桂奎尼酸3单氧加酶（C3'H）等酶基因可能在调控绿原酸、槲皮素等类黄酮化合物合成上起到关键作用，侵染48h和96h时，绿原酸在A. konjac叶柄中较对照呈下调积累趋势（0.88倍和0.90倍），相反，在A. muelleri 中呈持续上调积累趋势（1.13倍和1.30倍）；α-亚麻酸代谢通路中编码细胞内脂氧合酶（LOX2S）的基因被诱导显著上调表达，参与α-亚麻酸的转化，促进了MeJA的合成，侵染96h时，MeJA在A. konjac和A. muelleri叶柄组织内的积累量分别是对照的1.36倍和1.27倍。苯丙烷和黄类酮生物合成通路中4种代谢物的体外抑菌试验验证结果显示，浓度为25μg/ml的绿原酸、槲皮素、山奈酚均对Pcc生长表现出抑制效应，表明黄酮类物质是魔芋响应Pcc胁迫的重要抗性物质之一。 3. 利用Illumina Seq高通量测序技术对Pcc胁迫下两种魔芋叶柄、根以及根际土壤相关微生物群落变化进行了评价。1）叶柄组织内，细菌群落共生网络分析显示果胶杆菌属（Pectobacterium）与鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和微杆菌属（Microbacterium）均呈显著负相关；Pcc胁迫下，两种魔芋的Sphingomonas和Microbacterium的相对丰度均较对照呈降低趋势，但A. muelleri中二者相对丰度在侵染前和侵染后均高于A. konjac；A. konjac侵染前二者的相对丰度分别为14.24%、0.52%，侵染48h和96h时相对丰度均降为0；A. muelleri侵染前的相对丰度分别为63.30%、4.26%，侵染48h时为0.11%、0.01%，侵染96h时为0.75%、0.05%。关于真菌群落，枝孢菌属（Cladosporium）相对丰度在两种魔芋受侵染后均较对照呈增加趋势，但A. konjac侵染前和侵染后的相对丰度均低于A. muelleri。2）根组织内，A. konjac侵染前、侵染48h和侵染96h的黄杆菌属（Flavobacterium）相对丰度分别为3.33%、37.71%和8.18%，A. muelleri分别为1.73%、1.42%和4.72%，A. konjac的相对丰度表现为侵染前和侵染后均高于A. muelleri。真菌群落中，双核丝核菌属（Ceratobasidium）相对丰度在A. konjac受侵染后呈持续降低趋势，相反，在A. muelleri受侵染后呈持续增加趋势。3）根际土壤中，高山被孢霉（M. alpina）、青霉菌属（Penicillium）、芽孢杆菌属（Bacillus）和溶杆菌属（Lysobacter）等有益微生物相对丰度在A. konjac受侵染过程中呈降低趋势；相反的，在A. muelleri受侵染过程中呈增加趋势。内生微生物和根际微生物的分离验证结果显示，内生微生物中的枝孢菌属菌株以及土壤微生物群落中的高山被孢霉均对Pcc表现出良好的拮抗作用，平均抑菌谱带分别为1.08cm和1.12cm。以上结果表明，魔芋相关微生物群落（内生微生物、根际微生物）动态的变化和组装参与了对Pcc胁迫的响应，A. muelleri倾向于招募更多的有益微生物来参与Pcc胁迫的应答。 4. 代谢组和微生物组的联合分析结果表明，叶柄和根组织内的苯丙烷类和黄酮类代谢物、土壤中的植物次生代谢物与两种魔芋相关微生物群落呈正/负相关性。1）叶柄组织内，Pectobacterium与5-羟基松柏醇、圣草酚、柚皮素查尔酮等呈显著负相关；Cladosporium与丁香苷、阿魏酸、芥子酸以及圣草酚查尔酮等呈显著正相关；Filobasidium与槲皮素、绿原酸等呈显著正相关。2）根组织内，Flavobacterium与香豆素以及圣草酚、柚皮素等均呈显著正相关。3）根际微生物群落中，Bacillus与亚麻酸显著负相关，与辛酸盐、柠檬酸、苯丙酮酸显著正相关，Lysobacter与Bacillus完全相反；Mortierella与辛酸盐、哌可酸、苯丙酮酸等呈显著正相关。结果显示植物次生代谢物参与介导了微生物群落间的相互作用。 综上所述，魔芋对Pcc的胁迫是一个多方面的综合性响应过程，植物自身抗病基因的诱导，次生代谢物的生成，微生物群落的调控共同参与魔芋对Pcc胁迫的响应机制。本研究为植物对病原菌胁迫的“植物-代谢物-微生物群落”综合响应模式提供了新的见解。 |
| 并列题名： | Multi-omics profiling reveals the mechanism of Amorphophallus spp. response to Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum infection. eng |
| 题名主题： | 魔芋 胡萝卜软腐果胶杆菌 转录组 代谢组 微生物组 抗病响应机制 学位论文 |
| 中图分类： | S435.6-533 |
| 个人名称等同： | 杨敏 著 |
| 个人名称次要： | 陈海如 指导 |
| 个人名称次要： | 余磊 指导 |
| 团体名称等同： | 云南农业大学 授予 |
| 记录来源： | CN YNAUL 20240301 |