中国野生葡萄抗白粉病转录组及两个重要抗病相关基因功能分析

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1、分类号：S663.1学校代码：10712UDC：634.8研究生学号：2011060106密级：公开2015届攻读博士学位研究生学位(毕业)论文中国野生葡萄抗白粉病转录组及两个重要抗病相关基因功能分析学科专业果树学研究方向果树育种与生物技术研究生焦晨指导教师王西平教授完成时间2015年5月中国陕西杨凌Classificationcode:S663.1Universitycode:10712UDC:634.8Postgraduatenumber:2011060106Confidentialitylevel:PublicDissertationforDoctorDegree

2、NorthwestA＆FUniversityin2015TRANSCRIPTOMEPROFILINGOFCHINESEWILDVITISCHALLENGEDBYGRAPEPOWDERYMILDEWANDFUNCTIONALCHARACTERIZATIONOFVQBAK1ANDVQLECRK1FROMPOWDERYMILDEW-RESISTANTWILDVITISMajor:PomologyResearchfield:FruitbreedingandBiotechnologyNameofPostgraduate:JiaoChenAdviser:Prof.WangXipin

3、gDateofsubmission:May,2015YanglingShaanxiChina本研究得到国家自然科学基金项目(31272136)和陕西省重点科技创新团队(2013KCT-25)资助；本研究在旱区作物逆境生物学国家重点实验室、农业部西北地区园艺作物生物学与种质创制实验室完成。2015届攻读博士学位研究生学位(毕业)论文中国野生葡萄抗白粉病转录组及两个重要抗病相关基因功能分析学科专业果树学研究方向果树育种与生物技术研究生焦晨指导教师王西平教授完成时间2015年5月中国陕西杨凌中国野生葡萄抗白粉病转录组及两个重要抗病相关基因功能分析摘要葡萄做为最具有经济价值的果

4、树作物之一，在世界范围内被广泛种植。2013年，全球葡萄年产量达到了7.7千万吨，我国以超过一千万吨的年产量位居世界第一(FAO，2013)。然而，在种植面积和年产量不断增加的背景下，如何保障生产安全是葡萄产业面临的严峻考验。与其他作物一样，葡萄受到病毒、细菌和真菌等多方面的威胁，其中，葡萄白粉病就是一种广泛流行的活体专性寄生的真菌病害，在世界范围内造成了严重的经济损失。然而，作为酿酒和鲜食主要原料的欧洲种葡萄，却几乎全部不能抵抗白粉病的危害。目前，寻找和培育对白粉病在内的多种真、细菌病原抗性品种是葡萄育种研究的重点。在我国，大量的研究积累证明来源于中国的野生葡萄具有优

5、良的抗病、抗逆特性，然而，其中的分子机理了解不足。据此，本研究以探索中国野生葡萄抗白粉病的机理为目的，选取了具有不同白粉病抗性的野生葡萄，通过大规模测序技术，对其不同白粉病侵染阶段的转录组进行结构变异分析，同时还对感病和抗病葡萄在不同侵染时期的基因表达差异进行了系统研究。最后，对一个转录组中差异表达的重要激酶BAK1和一个前期mRNA差异显示文库中筛选到的凝集素受体激酶(LecRK)进行了抗病功能验证。获得以下主要研究结果：1.对三个具有不同抗性的野生葡萄的转录组进行了从头(denovo)拼接，通过与葡萄参考基因组全面的比较，发现了大量的野生葡萄特异基因和丰富的遗传变异

6、资源，例如SNPs和小片段的插入和缺失(indels)。在每个野生材料中找到了超过1,000个特异基因和600-700个非编码转录本，并且发现~30%的特异基因的功能与植物的防御反应有关。这些特异基因中富集了大量的植物响应病原菌侵染的生理过程和一些例如香豆素类植保素的合成过程。进一步的分析结果发现，6-10%的特异基因被预测为受体类激酶，8%的特异基因为NBS-LRR类抗病基因，而这两类基因都被认为能在植物免疫反应的不同层面中识别病原菌并且传递免疫信号。同时，大量的此类特异基因的存在，也说明这些直接或间接与病原菌互作的基因，可能受到了选择作用而表现出了较高的序列多态性。

7、同时本研究还在野生葡萄和葡萄参考基因组PN40024之间找到了87,000-110,000个纯和的SNPs和约2,000个小片段的indels，并且对这些变异可能产生的影响进行了全面的预测。此外，通过链特异的RNA-Seq文库，还找到了100-200对cis-NAT，这些转录本中显著富集了参与次生代谢途径和非生物胁迫途径的转录本，预示了野生葡萄中cis-NATs的潜在调节功能。2.以白粉病高抗和高感的野生葡萄为材料，对处于不同侵染阶段的组织进行了表达谱分析，在所有的样品比较中，总共找到了6,953个显著差异表达的基因。通过对这些差异基因进