感病马铃薯响应茄链格孢菌侵染的时序转录组解析OA

【目的】通过时序转录组分析,系统解析马铃薯感病品种鄂薯3号响应茄链格孢菌(Alternaria solani)侵染的动态转录调控网络,明确病斑扩展关键阶段的分子响应特征和潜在的抗病靶基因,为抗病基因挖掘与育种优化提供理论依据。【方法】采用有伤接种法侵染马铃薯叶片,于接种后24、30和36 h采集样本进行转录组测序。通过差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)分析、主成分分析、GO富集分析、KEGG富集分析及转录因子家族分类,解析宿主在病原侵染不同阶段的分子响应机制,并分析潜在的抗病靶基因。【结果】病斑直径在接种病原菌36 h后显著增长,转录组分析显示DEGs数量随侵染时间的延长而增加。DEGs聚类分析显示:α-亚麻酸代谢途径在接种后30 h达到峰值,三羧酸循环途径和谷胱甘肽代谢途径水平在接菌后都较低,光合作用相关基因持续下调。在GO富集分析中,催化活性和氧化还原酶活性等功能条目均随侵染时间的延长而上调;在KEGG富集分析中,植物—病原体互作通路和谷胱甘肽代谢通路均随侵染时间的延长而上调。随着病原菌侵染时间的延长,WRKY转录因子家族和乙烯响应转录因子(ethylene responsive factor,ERF)家族在侵染早期(24 h)快速响应,ERF转录因子家族和NAC转录因子家族在侵染晚期(36 h)上调基因最多,达到植物防御高峰;在病原菌侵染后36 h,NAC转录因子家族驱动细胞程序性死亡。过氧化氢酶基因是关键时间点靶基因,其每百万映射读数中每千碱基转录本的片段数(fragments per kilobase of exon model per million mapped fragments,FPKM)在整个被侵染过程中都有较高的水平,且其表达量随侵染时间的延长而增加。【结论】感病马铃薯防御响应呈现“早期信号激活,中期防御强化,晚期细胞程序性死亡”的时序特征。接种后30 h是防御—代谢平衡的关键节点,光合抑制加剧促使资源向防御倾斜。WRKY、ERF和NAC转录因子家族分阶段调控抗病进程。在接种后30 h,筛选得到的过氧化氢酶基因表达量增加,可能会抑制病斑扩展。