芝麻抗枯萎病转录组及相关基因功能研究

Sesame Fusarium Wilt (SFW) is an extinct and hard controlled fungus disease in the world, which restricts sesame production and development. Due to the lack of resistant materials and poor foundation for sesame basic research, the resistant genetic pattern of SFW was unknown, and no distinct breakthrough had been observed in sesame diseases resistance breeding. In the present study，in order to make a global survey of the transcriptome expression mode under the infection of Fusarium oxysporum and illuminate the fusarium wilt resistance mechanism in sesame, the transcriptome profiles will be analyzed between the resistant and susceptible sesame materials under different fusarium pathogen treatments with the Solexa RNA sequencing technology. Furthermore, qRT-PCR and fusarium wilt resistant association analysis with 188 sesame populations will be applied for evaluating the resistant candidate genes, and then disease- resistant genes and functional molecular markers would be validated, Based on the above research, we will gain more sesame gene resources for future sesame disease-resistance breeding, as well as accelerating China sesame fundamental research process.

芝麻枯萎病是一种分布广、防治较困难的世界性真菌病害，严重威胁和阻碍了芝麻的生产与发展。由于芝麻生产中缺乏突出的抗源材料，加之芝麻基础研究起步较晚、枯萎病抗性遗传规律尚不明确等原因，目前国内外芝麻抗枯萎病育种工作没有取得根本性突破。本研究拟首先利用Solexa测序技术开展不同抗/感芝麻材料在与枯萎病菌不同作用条件下的转录组表达谱研究，通过对抗感芝麻材料转录组表达差异进行系统的分析，以期全面了解芝麻在枯萎病病原菌侵染特定条件下的转录组基本表达模式，明确芝麻枯萎病抗性机理；其次，对于转录组获得的潜在抗枯萎病候选基因，本研究拟通过进一步对其在表达水平方面进行qRT-PCR验证和对其与188份芝麻自然群体在大田的抗枯萎病表型性状进行关联分析验证等研究，最终确定芝麻抗枯萎病目的基因和功能标记，为抢占芝麻基因资源、提升我国芝麻基础研究水平和利用分子手段培育高抗芝麻新品种奠定基础。

芝麻枯萎病是一种分布广、防治较困难的世界性真菌病害，严重威胁和阻碍芝麻的生产与发展。由于芝麻生产中缺乏突出的抗源材料，加之芝麻基础研究起步较晚、枯萎病抗性机理不明确等原因，目前国内外芝麻抗枯萎病育种工作没有取得根本性突破。本研究率先利用二代测序技术开展抗（豫芝11号：Y11）、感（容县黑芝麻：RXBS）芝麻材料在枯萎病菌侵染0h、6h、 24h 和 48小时条件下的转录组表达谱研究，共获得了70.31M的原始read数和13.15 Gb的测序量。与芝麻参考基因组进行mapping后，在抗、感病芝麻材料中分别检测到23665条和23751条表达的基因。基因表达差异分析结果显示：抗病材料Y11在接菌后分别有756条上调表达和776条下调表达的差异基因；类似的，在感病材料RXBS中，分别有870条和1018条上、下调差异表达的基因。紧接着，利用荧光定量PCR（qPCR）方法对上述部分（40个）差异表达基因（DEGs）接菌前后的基因表达模式进行验证，结果显示：转录组测序与qPCR方法所反映的DEGs表达模式总体表现一致，说明上述DEGs可以用来做下游的进一步分析。上述所有DEGs（2757条）的GO功能分析结果显示：抗感芝麻材料接菌前后DEGs均主要涉及代谢过程、细胞学过程、单有机体过程、逆境防御、生物调控、定位等多个生物学过程。总体上看，虽然Y11和RXBS接菌前后在生物学过程中涉及的DEGs类型和所占比例大致相同，但在逆境防御反应过程中，Y11涉及生物胁迫和真菌胁迫防御类型的DEGs明显多于RXBS。此外，上述DEGs的KEGG代谢通路比较分析显示：“次生代谢生物合成途径”是唯一一种DEGs数目在抗病芝麻材料中数量多于感病材料的代谢类型（58：48）。进一步对该代谢途径分析，发现有7种活性酶共20个DEGs参与了“苯丙酸生物合成”中的“木质素合成”过程。上述20 个DEGs的qPCR结果也确认“木质素合成过程”对芝麻的枯萎病抗性贡献较大。PAL和POD酶活测定结果也证实抗、感芝麻材料在接菌早期酶活存在显著差异。总之，我们推测：芝麻材料枯萎病抗性的不同可能与其能否及时、高效的激活相关代谢通路有关，而且“苯丙酸生物合成” 途径中参与木质素合成途径中的上述关键基因可能在芝麻抗枯萎病过程中起很重要的作用。本研究将为进一步阐明芝麻枯萎病抗性机理提供依据。