植物学报 ›› 2019, Vol. 54 ›› Issue (6): 733-743.doi: 10.11983/CBB18235

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基于转录组分析鉴定苹果茉莉素响应基因

张娜1,2,刘秀霞1,陈学森1,*(),吴树敬1,*()   

  1. 1 山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室, 泰安 271018
    2 泰山学院生物与酿酒工程学院, 泰安 271018
  • 收稿日期:2018-11-04 接受日期:2019-02-11 出版日期:2019-11-01 发布日期:2020-07-09
  • 通讯作者: 陈学森,吴树敬 E-mail:chenxs@sdau.edu.cn;wushujing666@163.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(No.2018YFD1000307);国家自然科学基金(No.31272132);山东省泰山学者工程启动基金(No.tshw20120712)

Identifying Genes Responsive to Jasmonates in Apple Based on Transcriptome Analysis

Zhang Na1,2,Liu Xiuxia1,Chen Xuesen1,*(),Wu Shujing1,*()   

  1. 1 State Key Laboratory of Crop Biology, College of Horticultural Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China
    2 College of Biology and Brewing Engineering, Taishan University, Tai’an 271018, China
  • Received:2018-11-04 Accepted:2019-02-11 Online:2019-11-01 Published:2020-07-09
  • Contact: Chen Xuesen,Wu Shujing E-mail:chenxs@sdau.edu.cn;wushujing666@163.com

摘要:

为阐明外源茉莉酸甲酯(MeJA)诱导的苹果(Malus domestica)抗病分子机制, 以生长30天的Gala组培苗为试材, 用100 μmol∙L -1MeJA处理叶片12小时, 通过转录组测序, 结合生物信息学分析鉴定出苹果叶片中受MeJA诱导表达的基因。结果表明, 外源MeJA主要影响苹果叶片倍半萜类、三萜和类黄酮的生物合成, 以及芸薹素(BR)信号转导途径间接诱导的抗病性; 倍半萜类、三萜及类黄酮生物合成途径中的关键基因为MDP0000702120MDP0000692178; MDP0000123379是联系芸薹素信号转导途径和植物-病原菌互作途径的关键调控基因。

关键词: 茉莉素, 抗病性, 信号转导, 转录组, 苹果

Abstract:

To study the molecular mechanism of resistance induced by exogenous methyljasmonate (MeJA) in apple, tissue cultured seedlings of Gala grown for 30 days were used as materials. The leaves were treated with 100 μmol∙L -1 MeJA for 12 h. RNA sequencing and bioinformatics analysis were conducted to identify differentially expressed genes induced by MeJA. Exogenous MeJA mainly affected the biosynthesis of sesquiterpenoids, triterpenoids and flavonoids in apple leaves and induced disease resistance by brassinolide signal transduction pathways indirectly. The key genes regulating sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis and flavonoids biosynthesis are MDP0000702120 and MDP0000692178; MDP0000123379 was the key regulatory gene linked to the brassinosteroid signaling pathway and plant-pathogen interaction pathway.

Key words: jasmonates, disease resistance, signal transduction, transcriptome, apple

表1

供试样品(Gala)与苹果(金冠)基因组序列的比对结果"

Sample Total
reads
Total base pairs Total mapped reads Perfect
match
Mismatch Unique
match
Muti-position match Total unmapped reads
CTRL1 15336268
(100.00%)
751477132
(100.00%)
10932142
(71.28%)
6783455
(44.23%)
4148687
(27.05%)
9149425
(59.66%)
1782717
(11.62%)
4404126
(28.72%)
MeJA 15339040
(100.00%)
751612960
(100.00%)
11052987
(72.06%)
6921067
(45.12%)
4131920
(26.94%)
9177064
(59.83%)
1875923
(12.23%)
4286053
(27.94%)

图1

茉莉酸甲酯处理下苹果叶片差异表达基因筛选 (A) 基因表达水平。横坐标表示CTRL1基因表达量的对数值, 纵坐标表示MeJA处理基因表达量的对数值(橙色三角代表上调基因, 蓝色方块代表下调基因, 褐色圆点代表非显著差异基因); (B) 基因差异表达情况。Up: 上调基因; No: 非显著差异表达基因; Down: 下调基因"

图2

茉莉酸甲酯处理苹果叶片差异表达基因的GO功能分类(A)和KEGG富集分析(B)"

表2

茉莉酸甲酯处理下苹果叶片次生代谢物生物合成途径中的调控基因(Log2 (MeJA/CTRL)≥3)"

Gene ID Log2 ratio (MeJA/CTRL1) KEGG orthology Blast nr Pathway
MDP0000702120 12.32 K14181 (-)-alpha-pinene synthase-like Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis
MDP0000205617 7.28 K14181 Putative pinene synthase Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis
MDP0000919962 6.57 K14181 (-)-alpha-pinene synthase-like Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis
MDP0000225361 3.72 K14181 (-)-germacrene D synthase-like Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis
MDP0000248152 3.24 K14181 (-)-germacrene D synthase-like Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis
MDP0000692178 12.12 K00517 Cytochrome P450 82G1-like Flavonoid biosynthesis
MDP0000503940 4.67 K05277 Protein SRG1-like Flavonoid biosynthesis
MDP0000225939 3.55 K05277 Flavonol synthase/flavanone 3-hydroxylase-like Flavonoid biosynthesis
MDP0000523477 -3.17 K01859 Chalcone-flavonone isomerase-like isoform X5 Flavonoid biosynthesis
MDP0000317152 13.53 K13407 Cytochrome P450 94C1-like Cutin, suberine and wax biosynthesis
MDP0000153822 3.25 K13407 Cytochrome P450 94B3-like Cutin, suberine and wax biosynthesis
MDP0000218691 3.89 K01183 Acidic endochitinase-like Amino sugar and nucleotide sugar metabolism
MDP0000280265 3.22 K01183 Acidic endochitinase-like Amino sugar and nucleotide sugar metabolism
MDP0000687619 12.96 K09755 Cytochrome P450 CYP736A12-like Phenylpropanoid biosynthesis
MDP0000539956 3.9 K09755 Cytochrome P450 CYP736A12-like Phenylpropanoid biosynthesis
MDP0000313394 6.44 K13267 Cytochrome P450 CYP736A12-like Isoflavonoid biosynthesis
MDP0000813805 -6.29 K09840 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase NCED3, chloroplastic-like Carotenoid biosynthesis
MDP0000228070 -5.24 K09840 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase NCED1, chloroplastic-like Carotenoid biosynthesis

图3

茉莉酸甲酯处理对苹果叶片植物激素信号转导途径的影响 红色边框右侧: 上调; 绿色边框右侧: 下调; 红绿色边框右侧: 同时包含上调和下调基因。"

表3

茉莉酸甲酯处理苹果叶片植物激素信号转导途径中涉及的显著差异表达基因"

Plant hormone signaling pathway Gene ID Log2 ratio (MeJA/CTRL1)
Auxin MDP0000300452 -1.4
MDP0000255223
MDP0000213864
1.1
-1.1
MDP0000143749 MDP0000221322 1.3
-1.6
MDP0000873893
MDP0000214081
1.5
-1.1
MDP0000786165 1.1
Cytokinine MDP0000146863 -1.1
MDP0000285242 MDP0000225179 1.6
-1.0
MDP0000250737 -1.5
Gibberellin MDP0000227827 MDP0000868088 -1.3
-1.0
MDP0000284679 MDP0000227056 MDP0000397638 1.4
1.3
-2.2
Abscisic acid MDP0000437033 MDP0000203818 MDP0000283274 -1.6
-1.3
-1.2
Ethylene MDP0000275915 -2.4
MDP0000855671 MDP0000127134 MDP0000235313 MDP0000805422
MDP0000787281
3.1
2.5
1.8
1.2
1.0
Brassinosteroid MDP0000123379
MDP0000319460
MDP0000319708
MDP0000904826
MDP0000196862
12.5
1.9
1.0
1.0
-1.8
MDP0000217213
MDP0000897962
MDP0000290950
MDP0000620422
MDP0000303744
MDP0000189315
MDP0000741253
MDP0000223726
MDP0000189841
1.9
1.3
-2.3
-1.8
-1.6
-1.1
-1.0
-1.0
-1.0
MDP0000130143 -12.8
MDP0000320017 -1.4
MDP0000135392 -1.0
Jasmonic acid MDP0000565690
MDP0000187921
MDP0000889413
MDP0000301927
2.8
2.6
1.7
1.2
MDP0000603546
MDP0000242554
MDP0000029168
MDP0000900024
MDP0000226497
MDP0000290263
3.6
2.2
1.6
1.6
1.0
-1.0
Salicylic acid MDP0000292425 1.8
MDP0000529682 MDP0000375992 1.1
-4.3

表4

茉莉酸甲酯处理苹果叶片次生代谢途径中的调控基因(Log2 (MeJA/CTRL)≥3)"

Gene ID Log2 ratio (MeJA/CTRL) Annotation
MDP0000123379 12.46 Putative serine/threonine- protein kinase
MDP0000603546 3.56 Transcription factor MYC2- like
MDP0000855671 3.1 Ethylene-responsive transcription factor 1B-like
MDP0000130143 -12.82 Probable serine/threonine- protein kinase At5g41260
MDP0000375992 -4.27 U-box domain-containing protein 19-like

图4

茉莉酸甲酯处理对苹果叶片植物-病原菌互作途径的影响 红色边框右侧: 上调; 绿色边框右侧: 下调; 红绿色边框右侧: 同时包含上调和下调基因。"

图5

茉莉酸甲酯处理苹果叶片中差异表达基因的qRT-PCR分析"

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