水稻响应白叶枯病菌侵染的转录组分析

【目的】分析白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryae,Xoo)侵染不同时间点的水稻转录组数据,了解其响应侵染过程中抗病相关基因的表达情况,为明确水稻对白叶枯病菌感病机制以及培育新的抗白叶枯病水稻品种提供理论参考。【方法】以含有广谱抗性基因Xa23的水稻品系CBB23为试验材料,对其叶片接种高致病性的野生型Xoo菌株N3-1,将接种0、48和72 h水稻样品总RNA进行转录组测序(RNA-Seq)。以|log2Fold Change|≥1,且错误发现率(False discovery rate,FDR)<0.01为标准筛选差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),并进行GO功能注释和KEGG通路富集分析;通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证RNA-Seq结果的可靠性。【结果】RNA-Seq转录组测序结果共获得约54.63 Gb Clean data,样品平均数据量约为6.07 Gb,Q30碱基准确率在94.34%及以上。与对照组0 h相比,水稻CBB23在接种48和72 h两个时间点分别鉴定出2361和2117个DEGs,其中48 h上调基因1650个、下调基因711个,72 h上调基因1440个、下调基因677个。GO富集结果表明,水稻的DEGs显著富集于芳香族氨基酸的代谢及二萜类的生物合成。KEGG通路富集结果表明,DEGs富集于苯丙氨酸和苯丙素类的生物合成。DEGs的分析结果表明,SWEET基因家族中的OsSWEET14基因在接种后表达明显升高,而白叶枯病抗性基因Xa23在接种后几乎没有表达。对转录因子中的WRKY家族进行分析,发现与Xoo抗病相关的WRKY转录因子表达明显下降。钙依赖蛋白激酶(CDPK)表达明显升高,丝裂原活化激酶(MAPK)表达不变。qRT-PCR的基因表达检测结果与RNA-Seq结果趋势基本一致。【结论】水稻CBB23在抵御白叶枯病菌菌株N3-1侵染过程中的氨基酸代谢及次级代谢过程明显增强;感病基因OsSWEET14在侵染过程中被诱导表达,可能是水稻中被调控的关键感病基因之一。与抗病相关的转录因子表达既有上调也有下调。表明水稻在响应病原菌侵染过程中会发生复杂的转录调控网络变化,通过信号通路之间的信号传递,进而调控整个抗(感)病过程。