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番木瓜环斑病相关基因表达分析

2021-05-25 来源:步旅网
2017年第2期 东南园艺 5 番木瓜环斑病相关基因表达分析 丘伟劲 , 刘 静 , 周 平 ,。 明瑞光 ( 福建农林大学园艺学院,福建福州35 ̄2; 福建农林大学海峡联合研究院基因组与生物技术研究中心。 福建福州350002;。福建省农业科学院果树研究所。福建福州350013) 摘 要:番木瓜环斑病毒(PRSV)对全球的番木瓜产业造成了严重的损害,PRSV如何在基因层面影响番木瓜 目前还不是十分清楚。本研究对未感染和感染PRSV的番木瓜叶片中与植物病毒相关基因进行Q—PCR分析与比 较,以探究PRSV影响番木瓜的生长发育的原因。结果表明,PRSV通过抑制 船、WRKY、ERF等转录因子和 CA2、PDR等转运蛋白的表达,进而影响番木瓜的生长发育。 关键词:番木瓜;环斑病毒;Q—PCR;基因 中图分类号:¥667.9 文献标识码:A 文章编号:2095—5774(2017)02—0005—04 Analysis of Gene Expression in Papaya Ringspot Virus QiU Wei-jing ・ LIU Jing‘' ZHOU Ping ・ MING Rui-guang2’ ( College ofHorticulture,FujianAgriculture andForestryUniversity,Fuzhou 350002,Fujian China; Genome andBiotechnologyResearch Center,FujianAgriculture andForestyUnirversity,Fuzhou 350002,FujianChina; FruitResearchInstitute,FujianAcademyofAgricultural Sciences,Fuzhou 350013,FujianChia) nAbstract:Papaya ringspot virus(PRSV)has caused serious damage to the papaya industry worldwide.It is not clear how PRSV affects papaya at the genetic leve1.In this study,we analyzed and compared related genes by Q—PCR in leaves of SS —PRSV and SS—NP to explore the reason why PRSV afected papaya growth and development.The results showed that PRSV ,WRKY, inhibited the growth and development of papaya by inhibiting the expression of transcription factors such as ERF and transporter proteins such a8 CA2 and PDR. Key words:Papaya;Papaya ringspot virus;Q—PCR;Gene 缩写词: SS—PRSV:PRSV—positve‘Sunset’。经RT—PCR检测,感染番木瓜环斑病毒的番木瓜品种“Sunset”; ss—NP:PRSV—negative‘Sunset’。经RT—PCR检测,未感染病毒番木瓜品种“Sunset”; Q—PCR:实时定量PCR; RNA—seq:转录组测序技术; FPKM:每一百万个的序列中比对到外显子的序列个数,即通过RNA—seq技术来衡量基因的表达量的参数。 番木瓜(Car/ca papaya L.)作为一种重要的经济果树,广泛分布在热带和亚热带地区。而番木瓜环斑 病毒(Papaya Ringspot Virus,PRSV)是对全年生产的番木瓜最重要的一种病害,严重制约其产业发展。 PRSV是一种单链正义RNA病毒,属于马铃薯Y病毒科马铃薯Y病毒属 。PRSV可以通过蚜虫和机械等 收稿日期:2017—03一O1 作者简介:丘伟劲(1991一),男,硕士研究生,从事番木瓜、菠萝等植物基因组研究。E-mail:whattimewj@126.com 通讯作者:明瑞光(1965一),男,教授,博士生导师,从事番木瓜、菠萝等植物基因组研究。E—mail:turing@ life.illinois.edu 6 东南园艺 2017年第2期 非持久传染方式传播,并且由于番木瓜缺乏天然抗性基因而难以控制[2 ]。 本研究前期以SS—PRSV和SS—NP为材料,通过转录组测序,寻找差异表达基因,并进行GO功能富 集以及Pathway功能富集分析。研究发现在受PRSV感染的番木瓜中,体内一些转录因子和转运蛋白表达 下调,预测PRSV的感染影响番木瓜生长发育和防御机制。在此基础上,本研究以相同SS-PRSV和SS-NP 叶片为试材,采用Q—PCR技术,检测候选差异基因的表达,并验证前期工作的准确性。研究结果可为揭 示PRSV对番木瓜生长发育的影响在分子生物学层面提供理论依据。 1材料与方法 1.1材料 本研究使用的SS—PRSV和ss—NP材料分别种植于福建省诏安县木瓜基地(东经117.6。,北纬 23.73。)和福建省福州市福建农林大学大田。每个样品随机选取3株生长健壮、长势一致的番木瓜植株, 提取其健康嫩叶的总RNA。所有备选植株都通过反转录PCR鉴定证明其是否为感病植株。每个样品设3个 生物学重复。 1.2 cDNA合成与Q—PCR方法 根据前期结果,本研究选取了9个与植物生长发育相关基因(表1),用Q—PCR验证它们的表达模式 与转录组测序分析结果的一致性。取1 1经DNase I处理过的RNA样品,参照Takara的Prime Script TMlst Strand cDNA Synthesis Kit操作说明书,将RNA反转录合成cDNA第1链,用1.5%琼脂糖凝胶电泳检测质 量。利用在线工具IDTSciTools◎Web Tools_4]设计Q-PCR特异性引物,引物序列信息详见附表(表1)。 定量PCR反应体系总体积为20 l,包括101xl 2×SYBR◎Green I Master Mix,各0.4 txmol・L 的正反向 引物,1 1已稀释十倍的cDNA模板,最后补ddH O至20 l。将反应液混匀后,置于CFX Connect Real— Time System实时荧光定量PCR仪上进行扩增。设置扩增步骤如下:第1步预变性95 ̄C 30 s:第2步PCR 循环,95℃5 S,60 ̄C 30 S,共42个循环;第3步,溶解曲线。选择EIF4A(Eukaryotic initiation factor 4A) ]作为内参基因,用2。△ 的方法计算每个基因的相对表达量 。为减少同个品种样品之间的误差. 每个基因各设置3个技术重复。 表1 Q—PCR引物列表 2017年第2期 东南园艺 7 2结果与分析 本研究选取的9个与植物生长发育的基因。用Q—PCR来验证它们在SS—PRSV和Ss—NP间的表达差异 和表达模式是否与转录组测序结果相符。RNA—Seq分析结果预测的FPKM值和在Q-PCR结果的相对表达 量(表2),可以发现这些与植物防御系统相关的基因都在SS—PRSV中表达下调。尽管这些基因通过RNA —Seq技术和Q—PCR试验得到的样本间表达量差异倍数变化值(Fold—changes)不太一致,但是它们在2种 技术分析中都呈现出一致的表达模式,即基因的上下调趋势一致(图1)。此结果表明,基于Q-PCR和 RNA—Seq分析的2种表达模式高度一致。 一 'O ● 呈 8 : e 4 2 O 脚圉 圉 困圉 目 圉 目 目 冒 目圉 7r WRKY CA2 W掰(y4D 材’r814 E 2 D 户DR’ ZFP1 图1表达差异基因的Q-PCR验证 通过Q—PCR检测候选基因的表达水平,每个基因设置3个生物学重复,内参基因为EIF。纵坐标为基 因在两个样本间表达量差异的倍数变化值(即SS—NP表达量/SS—PRSV表达量),并做对数化处理。 表2 9个候选差异表达基因RNA—seq的FPKM值和Q-PCR的相对表达量 3讨论 植物感染病毒,可以通过形成特有的调控机制以1种复杂的方式通过植物激素信号(SA和JA等)途 径适应外界的刺激,引起转录因子(TF)和转运蛋白(TP)表达模式的转变。本研究从前期工作的转录 组数据中.找出9个与植物生长发育相关的TFs、TPs,研究PRSV对番木瓜生长发育的影响。试验结果表 明.基于Q-PCR和RNA-Seq分析的2种表达模式高度一致。 8 东南园艺 2017年第2期 本试验所取的9个基因在SS—PRSV中表达显著下调,表明这些基因表达受到抑制,而这些变动可能在 番木瓜与病原物的互作中起关键性的作用。TFs是一类细胞核内蛋白质因子,通过识别和结合特异的顺式 作用元件来调节相邻基因转录的活性,从而调控各种生物学过程_7 ]。由此看来,基因转录水平是上调还 是下调取决于其对应的转录因子的转录活性。在候选的9个差异基因里,目前已知, 、WRKY、ERF、 zinc—finger是转录因子中的抗病调控因子,在植物生长发育和抗病防御反应中起关键调节作用l9 ,而这 些转录因子基因都在“SS—PRSV”中发生极显著下调表达(图1和表2),表明植物正常生长发育受影响。 TPs是膜蛋白的一类,介导生物膜内外的化学物质以及信号交换,在营养物质摄取、代谢产物释放以 及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。在信号转导植物防御调控的途径中,钙离子必不可少的 第2信使l1卜 ]。在本研究中我们发现,钙ATP酶(CA2)在ss—PRSV中表达量下调。同时与膜运输相关 的多向耐药性蛋白(p )和二羧酸载体蛋白(DIC2)在SS—PRSV表达量下调,笔者推测,感染PRSV 使番木瓜自身的钙离子调节系统和膜运输系统受损。笔者还发现多向耐药性蛋白(PDR7)在Ss—PRSV中 表达下调,而PDR7与木质素的生物合成相关[1 ,这也与笔者以上的推测相符,因为木质素也与植物的信 号调控系统等相关。综上所述,从本试验的这些候选差异基因结果表明,在受PRSV侵染的番木瓜中,很 多参与植物抗病过程、激素信号转导过程以及调控网络的基因在其表达上都发生了或多或少的受到了破坏, 进而影响番木瓜的生长发育。 参考文献: [1]Tripathi S,Suzuki J Y,Ferreira S A,et a1.Papaya ifngspot virus—P:characteristics,pathogenicity,sequence variability and control[J].Molecular Plant Pathology,2008,9(3):269-280. [2]Gonsalves D.Control of papaya ringspot virus in papaya:a case study[J].Annual Rerew of Phytopathology,1998,36(1):415. [3]Poaer B W,Christopher D A,Zhu Y J.Genomics of Papaya Disease Resistance[J].Genetics and Genomics of Papaya,2014, 10:277—307. [4]Owezarzy R,Tataurov A V,Wu Y,et 1.IaDT SciTools:a suite for analysis and design of nucleic acid oligomers[J].Nucleic Acids Research,2008,36(Web Server issue):W163一W169. [5]Zhu X,Li X,Chen W,et a1.Evaluation of New Reference Genes in Papaya for Accurate Transcript Normalization under Differ. ent Experimental Conditions[J].Plos One,2012,7(8):e44405. [6]Schmittgen T D,Livak K J.Analyzing real—time PCR data by the comparative C(T)method[J].Nature Protocols,2008,3 (6):1101. [7]Ralnil ̄z S R,Basu C.Comparative analyses of plant transcription factor databases[J].Current Genomics,2O09,10(1):10—17. [8]Wang Y,Tao X,Tang X M,et a1.Comparative transcriptome analysis of tomato(Solanum lycopersicum)in response to exoge— nous abscisic acid[J].BMC Genomics,2013,14(1):841. [9]Gutterson N,Reuber T L.Regulation of disease resistance pathways by AP2/ERF transcription factom[J].Current Opinion in Plnta Bioloy,2004,7(4):465—471.g [10]Liu Y,Schif M,Dinesh—Kumar S P.Involvement of MEK1 MAPKK,NTF6 MAPK,WRKY/MYB transcription factors, C011,and CTR1,in N—mediated resistance to tobacco mosaic virus[J].Plant Journal for Cell&Moleculr aBiology,2004, 38(5):800—809. [11]Lloyd S R,Schoonbeek H J,Trick M,et a1.Methods to study PAMP-tirggered immunity in Brassica species[J].Molecular plnta-microbe interactions:MPMI,2014,27(3):286. [12]Clay N K,Adio A M,Denoux C,et a1.Glucosinolate Metabolites Required orf an Arabidopsis Innate Immune Response[J]. Science,2009,323(5910):95—101. [13]Mohammed,Nuruzzaman,Zhang,et a1.Plant pleiotropic drug resistance transporters:Transpo ̄mechanism,gene expression, and function[J].Journal of Integrative Plant Biology,2014,56(8):729-740. (责任编辑:黄雄峰) 

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