水稻地方品种月亮谷单粒传纯系在稻瘟菌侵染早期的转录组分析

Acuce, one of the most important rice landrace featured with long-time cultivation and the largest planting area in Yuanyang Hani terrace, Yunnan Province, which has potential theoretical research value. For further and intensified research on this voluble genetic resource, the present proposal is raised based on the study proceedings of the population genetic structure and population interaction between Acuce and rice blast fungus. The present proposal, by using RNA-Seq, is attempt to elucidate the transcriptome patterns of Acuce resistant and susceptible SSD pure line in Magneporthe oryzae early-stage infection. As a result, the research purpose of which is to reveal the insight into the Acuce with susceptible and resistant phenotypes associated gene expression differences, and the genes and their expression level of resistance-relevant genes and candidate genes which verified by qPCR. The ultimate goal is to reveal the durable planting mechanism of Acuce and other high-quality rice landraces and provide theoretical evidence for Acuce and other high-quality genetic germplasm resources in rice breeding program.

月亮谷是云南元阳哈尼梯田种植时间长、种植面积最大的水稻地方品种，具有重要的理论研究价值。本项目是在研究其群体遗传结构及其与稻瘟菌群体互作模式的基础上，拟采用RNA-seq技术开展月亮谷单粒传在稻瘟菌侵染早期的转录组研究，目的是找到不同抗病表型的月亮谷纯系中抗病相关基因表达的差异，并通过qPCR进行验证，从而明确月亮谷携带的抗病基因或候选基因的种类和数量，为揭示优质水稻地方品种持久利用的机制与科学利用月亮谷这一遗传种质资源提供理论支持。

为揭示云南哈尼梯田水稻地方优质种质资源‘月亮谷’持久种植的理论基础，结合转录组学、群体遗传学的研究方法，对来自于‘月亮谷’自然群体的F9代单粒传纯系L2和L3进行了表型抗性鉴定、水稻寄主-稻瘟菌互作的群体遗传分析及转录组研究。结果表明，两个纯系间存在细胞形态、病斑带菌量、内源激素水平等抗性表型上的显著差异，说明地方品种内的遗传异质性表现出抗病功能上的多样性；在生态学尺度上，现代品种和单粒传抗病纯系（L2）对田间稻瘟菌群体产生了更大的选择压力，且抗病纯系群体对环境中稻瘟菌群体产生了与现代抗性品种相似的正向选择作用，而感病纯系（L3）和自然群体有利于稻瘟菌群体的稳定性选择，说明品种内的遗传异质性对维持群体抗性具有重要作用；采用Illumina HiSeq2500测序平台对接种稻瘟菌24h和36h后的抗病和感病纯系进行转录组测序和基因网络分析，从获得的127.36Gb 有效数据中进行差异表达基因筛选和表达模式研究，结果表明，两个纯系都能受到稻瘟菌的强烈诱导，都表现出类似的应答反应，但基因集在基因数目上有很大差异，且L2与L3分别有436个、368个差异表达基因，GO富集分析显示，差异基因主要富集在细胞质膜、细胞核、胚胎模式分化、萜烯合成酶活性、半胱氨酸型内肽酶活性、过氧化物酶活性等生物学过程；KEGG富集显示，在接种后24h的特有差异基因主要富集在植物激素信号传导、光合生物碳固定、碳代谢、氨基酸生物合成、植物与病原物互作等，说明L2与L3在稻瘟菌侵染早期采取了不同的生化路径应对稻瘟菌的侵染；为探索月亮谷可能含有的特有抗病相关基因，结合通路分析及抗病相关基因等主要特征进行更深入的分析，在筛选到的差异表达基因基础上，采用WGCNA方法成功构建水稻加权基因共表达网络，从25个hub genes 中筛选出11个抗病候选基因，其中包括疑似蛋白激酶和WRKY新基因，采用qPCR对这些候选抗病因子在稻瘟菌侵染过程中的表达模式进行了验证。