柑橘溃疡病抗性SNP标记验证及关联基因表达分析

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柑橘溃疡病是由柑橘黄单胞菌柑橘亚种(Xanthomonas citri subsp.Citri.,,Xcc)引起的检疫性病害之一,会导致落叶落果,甚至整树枯死,严重影响世界柑橘产业的健康发展。培育抗病品种是防控柑橘溃疡病最根本、最有效的方法。由于传统的杂交育种方法育种效率低,转基因柑橘的存在食品安全问题,所以亟待一种更高效、安全的育种方式。分子标记辅助选择(Marker-assisted Selection,MAS)是一种基于基因型选择的育种方法,选择准确性高,不受环境条件影响,可极大地提高选择效率,缩短育种年限。因此,开发与柑橘溃疡病抗性关联的分子标记,对加快柑橘溃疡病抗性品种选育具有重要意义。本研究室之前从金柑、四季桔、台湾椪柑和纽荷尔的转录组数据中挖掘出170多个差异表达且存在单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)的激酶基因,并以100多个柑橘品种(自然群体)为材料进行溃疡抗性鉴定和SNP分型,通过关联分析筛选到14个与柑橘溃疡病抗性关联的SNP。为进一步验证这些SNP的准确性,本研究将利用耐/感柑橘品种的杂交F1群体为材料,采用离体叶片针刺接种法鉴定其溃疡病抗性,利用高分辨率熔解曲线(High Resolution Melting,HRM)技术进行SNP分型,运用相关分析法对这14个SNP与柑橘溃疡病耐/感性的相关性进行分析,以获得可用于柑橘溃疡病抗性分子标记辅助选择的SNP。在此基础上,推测与柑橘溃疡病耐/感性存在显著相关性SNP所属基因的功能,并利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q RT-PCR)分析柑橘钙依赖性蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase,CDPK)基因受溃疡病菌和激素诱导的表达情况。主要结果如下:1、溃疡病抗性鉴定结果显示,供试143个材料的病斑面积在0.75–3.29mm2之间;病情指数在30.2–100之间,而抗病的‘金弹’的病情指数为11.1,对溃疡病敏感的‘冰糖橙’为100。病情指数较低的杂交后代,其亲本至少有1个为耐病品种,母本耐病性强的居多。但母本对溃疡病敏感而父本耐病性强的杂交组合其F1代耐病性强的也不少,如‘沙田柚’ב梁平柚’、‘沃柑’ב南丰蜜橘’等杂交组合。根据杂交后代病情指数确定免疫的0个,高抗17个,中抗30个,中感38个,高度敏感的55个。2、利用HRM技术进行SNP分型,结果14个SNP位点在143个供试材料间均有多态性,每个位点均可分为三种不同的基因型,两种纯合型和一种杂合型;而且供试材料的14个SNP位点均可利用HRM技术准确判定其基因分型。对供试材料的基因型值和病斑面积及病情指数进行相关性分析,简单相关分析结果表明,7个SNP位点的基因型与病斑面积及病情指数显著相关。典型相关分析结果显示,SNP基因型与病斑面积相关性显著,其中5个位点与病斑面积相关系数的绝对值大于0.2,编号分别是HP31、HP42、HP85、HP87和HP170。采用逐步回归分析法建立了柑橘溃疡抗性相关SNP基因型和病斑面积的回归方程:Y=0.91-0.13XHP31-0.16XHP42+0.18XHP85+0.15XHP87-0.10XHP170(Y代表抗性表型;X代表SNP基因型)。可利用这个回归模型预测柑橘样品溃疡病耐性的强弱。3、在相关性分析的基础上,发现SNP位点HP31位于柑橘钙依赖性蛋白激酶基因的编码区。生物信息学分析发现,柑橘CDPK基因(CAP ID:Cs4g10370)具有蛋白激酶结构域,其氨基酸存在跨膜结域。诱导表达分析显示,接种溃疡病菌6 h、12 h、24 h、48 h和72 h后,‘金弹’(高抗)、‘新生系3号椪柑’(中抗)和‘冰糖橙’(高感)中该基因表达量均呈先升后降趋势,均在48 h相对表达量最高;接种后12 h,该基因在金弹中的相对表达量为对照的3倍,而新生系3号椪柑和冰糖橙中表达量无明显变化。此外,柑橘CDPK基因受水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)和脱落酸(ABA)3种激素诱导表达,但在‘金弹’、‘新生系3号椪柑’和‘冰糖橙’中的表达模式不同。表明该基因的表达在柑橘响应溃疡病等生物逆境胁迫的信号转导过程中发挥重要作用。综上所述,本研究通过相关性分析进一步明确14个SNP位点中有5个SNP与溃疡病抗、感性存在显著相关性,这5个SNP可用作柑橘溃疡病抗、感性辅助选择的分子标记。其中,SNP(HP31)所属的钙依赖性蛋白激酶基因受溃疡病菌和SA、Me JA和ABA诱导表达,该基因可能在柑橘应答溃疡病菌侵染的信号转导过程中发挥重要功能。本研究为柑橘溃疡病抗性育种分子标记辅助选择及抗性基因挖掘奠定一定基础。
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