楊樹(shù)潰瘍病發(fā)生的水分生理效應(yīng)及轉(zhuǎn)錄組分析.pdf

1、楊樹(shù)無(wú)論在國(guó)土綠化、農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)，還是在工業(yè)用材林建設(shè)方面都占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，然而，隨著二氧化碳等溫室氣體的大量排放，氣溫上升成為全球氣候變化的主要特征。在各種環(huán)境條件下如高溫、干旱的共同作用下，以楊樹(shù)潰瘍病為代表的水分相關(guān)病害的發(fā)生愈加頻繁和嚴(yán)重。因此，本文以楊樹(shù)潰瘍病發(fā)生的水分生理學(xué)機(jī)制為研究對(duì)象，擬通過(guò)潰瘍病菌處理下，楊樹(shù)枝干水力學(xué)特征、可溶性糖含量，楊樹(shù)水通道蛋白基因表達(dá)比較分析，以及轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，初步揭示楊樹(shù)潰瘍病發(fā)

2、生發(fā)展與水力學(xué)機(jī)制變化的關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:
　　1.潰瘍病菌作用下，楊樹(shù)枝干水力學(xué)特征:枝條水導(dǎo)損失率分析表明，潰瘍病菌處理初期楊樹(shù)水分運(yùn)輸功能下降，此后隨著時(shí)間延長(zhǎng)，楊樹(shù)水分疏導(dǎo)功能逐漸得到修復(fù)。潰瘍病菌接種可以顯著降低北京楊葉片水勢(shì)，在處理初期(接種后3d、5d)提高楊樹(shù)枝條頂端水勢(shì)。初步實(shí)驗(yàn)表明，潰瘍病菌接種可能不會(huì)顯著改變楊樹(shù)枝干木質(zhì)部、韌皮部滲透勢(shì)以及根部滲透勢(shì)。
　　2.楊樹(shù)木質(zhì)部、韌皮部的可溶性糖及淀粉含

3、量:研究結(jié)果顯示潰瘍病菌處理對(duì)楊樹(shù)枝干木質(zhì)部可溶性糖含量沒(méi)有顯著影響，但是可以增加韌皮部可溶性糖含量。潰瘍病菌處理降低木質(zhì)部、韌皮部以及根部淀粉含量的原因不明。另外，本研究結(jié)果還揭示出了可溶性糖在楊樹(shù)枝干木質(zhì)部及韌皮部組織中的垂直分布現(xiàn)象。
　　3.通過(guò)實(shí)時(shí)定量PCR方法，檢測(cè)楊樹(shù)木質(zhì)部、韌皮部水通道蛋白基因的表達(dá)活性。結(jié)果表明，PIP基因家族基因在潰瘍病菌脅迫處理的楊樹(shù)木質(zhì)部組織整體呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)的特征，但也有少數(shù)基因在特定時(shí)間顯

4、著上調(diào)表達(dá)。如PIP1;5、PIP2;4和PIP2;8在接種第11d表達(dá)上調(diào)，其中基因PIP2;8表達(dá)量最大，約為對(duì)照的13倍。韌皮部薄壁細(xì)胞水通道蛋白基因表達(dá)特征與木質(zhì)部基因不同，接種第3d部分基因表達(dá)受抑制，如PIPI;1，部分基因受病菌誘導(dǎo)，表達(dá)上調(diào)，如PIP1;2;所有12個(gè)PIPs基因在處理后第7d抑制表達(dá)，其中，基因PIP2;8表達(dá)量?jī)H為對(duì)照的0.22倍;大部分基因第11d時(shí)受病菌誘導(dǎo)，表達(dá)量增加，其中基因PIP2;2上調(diào)最

5、多，表達(dá)量約為對(duì)照的7倍。
　　4.干旱-潰瘍病菌毒素相互作用下，北京楊枝干基因表達(dá)檢測(cè)體系的建立及水通道蛋白活性基因的表達(dá):通過(guò)對(duì)北京楊管家基因表達(dá)穩(wěn)定性的分析，發(fā)現(xiàn)不同管家基因的表達(dá)穩(wěn)定性不同，TUB、UBQ、EIF4β-L、CYP、EFIα2表達(dá)穩(wěn)定性最高，而ACT2和ACT11穩(wěn)定性最差。通過(guò)管家基因的配對(duì)穩(wěn)定性分析，確定TUB、EIF4β-L和UBQ為干旱脅迫-潰瘍病菌脅迫下基因表達(dá)檢測(cè)的最優(yōu)內(nèi)參基因組合。水通道蛋白基因

6、響應(yīng)干旱及潰瘍病菌脅迫的方式并不相同，結(jié)果顯示這兩種脅迫對(duì)楊樹(shù)水分代謝的影響機(jī)制并不相同;干旱-潰瘍病菌雙重作用下，PIP1;1、PIP1;3、PIP1;5、PIP2;4、PIP2;7等5個(gè)基因的表達(dá)顯著高于干旱、潰瘍病菌兩種脅迫的單獨(dú)作用，說(shuō)明這兩種環(huán)境脅迫對(duì)水通道蛋白基因表達(dá)具有一定的協(xié)同作用。
　　5.本研究利用HiSeq2500對(duì)接種第3d北京楊枝干韌皮部、木質(zhì)部進(jìn)行高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。每個(gè)樣品至少識(shí)別出17，919，2

7、20以上的Uniq Mapped reads，206，508個(gè)以上的SNP位點(diǎn)以及3，981個(gè)以上的可變剪接位點(diǎn)。四個(gè)樣品中共發(fā)現(xiàn)新基因104個(gè)，其中75個(gè)得到功能注釋。生物信息學(xué)分析結(jié)果顯示，真菌處理誘導(dǎo)北京楊韌皮部1，042個(gè)基因發(fā)生差異表達(dá)，其中618個(gè)上調(diào)表達(dá);真菌處理誘導(dǎo)木質(zhì)部2，382個(gè)基因發(fā)生差異表達(dá)，其中815個(gè)上調(diào)表達(dá)。通過(guò)對(duì)差異表達(dá)基因的GO富集層次分析，發(fā)現(xiàn)楊樹(shù)潰瘍病發(fā)生與葡聚糖外切β-1，3-糖苷酶和β-L-阿拉