转录组和代谢组联合分析油松对松材线虫的早期响应

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松材线虫病是由松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)引起的松科植物毁灭性病害,自1982年传入我国后,给我国造成了重大损失,油松林是我国北方的重要森林类型,自然分布很广,具有重要的生态功能,至今还未有研究运用转录组与代谢组联合的手段探究油松感染松材线虫后的早期响应,本研究以三年生油松为研究材料,对油松感病后未出现发病症状前的不同时间点进行取样,从转录组和代谢组学这两个组学角度来探讨油松早期的早期响应,为松材线虫病的早期诊断提供依据和参考。主要研究结果如下:(1)在28℃的条件下,三年生油松的平均发病时间为8天,确定取样时间点,为接种松材线虫的2d、5d、8d。接种一个月后,出现发病迹象的针叶逐渐增多,未木质化的新生小枝下垂,油松针叶整体泛白,逐渐失水干枯。接种两个月后,整株油松幼苗干枯变黄,随着时间的增加干枯的针叶有逐渐变红的迹象,最终油松幼苗枯死。(2)转录组结果表明油松在早期主要通过正向的调控来响应松材线虫的侵染且调控主要集中在5d~8d时间段。并且在油松受到松材线虫侵染早期,不同的时间阶段参与响应松材线虫胁迫的基因发生很大的变化。对差异基因进行了KEGG代谢通路的分析,发现植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)和苯丙烷生物合成(Phenylpro panoid biosynthesis)通路在油松被侵染早期发挥了重要的作用。对差异基因进行了筛选,发现了多种与植物抗病过程中发挥重要作用的相关基因。从中挑选了13个差异基因进行了RT-q PCR验证,结果表明测序结果是真实可靠的。说明在松材线虫侵染早期,油松发生了复杂的防御反应,多种机制共同发挥作用来响应松材线虫的侵染。(3)对油松接种松材线虫后不同时间点的差异代谢物进行了研究,CKvspt2d、CKvspt5d、CKvspt8d、pt2dvspt5d、pt2dvspt8d、pt5dvspt8d分别获得了37、36、49、40、51、46种差异代谢物,其中生物碱类、黄酮类、酚类、氨基酸;氨基酸及其衍生物类等物质占据主要比例,对这些种类的差异代谢物进行筛选分析,结果表明在早期抗松材线虫的过程中,油松主要是通过复杂的代谢调节来响应松材线虫的侵染,而不是单一的通过某一种类物质的上调或下调来响应松材线虫的侵染。整合正离子模式和负离子模式,将差异代谢物进行KEGG分析,发现2-氧代羧酸代谢(2-Oxocarboxylic acid metabolism)通路在侵染早期起到了重要的调控作用。(4)重要代谢物及重要通路的转录组和代谢组进行联合分析表明:PAL、4CL、C4H、ACS、ACO在油松发病后,可能依然发挥着重要的调控作用。极显著差异代谢物2-甲氧基-4-乙烯基苯酚的含量与POD及JAZ有着密切的关系。山楂酸等抗氧化物质的下调可能是油松抗病失败最终显示出发病症状的原因之一。
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