转录组学分析揭示高粱对麦二叉蚜抗性的响应机制

[目的]麦二叉蚜是高粱生产过程中引起蚜害的主要优势种群之一,前期研究发现高粱抗蚜种质PI550607在苗期和成株期均抗麦二叉蚜,本研究通过转录组测序技术研究PI550607抗蚜相关基因的调控机制和代谢通路,为高粱蚜虫防控技术研究与抗蚜品种选育提供理论指导.[方法]以抗蚜品种PI550607为试验材料,室内培养出苗后2周进行人工接蚜,进行对照组0、12 h以及接蚜后12 h采样,提取RNA,进行转录组测序,对测序数据进行生物信息学分析,筛选差异基因,根据差异基因进行基因功能及代谢通路分析.同时,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证.[结果]PI550607对麦二叉蚜表现出较好的抗性.在蚜虫取食12 h后受蚜虫取食诱导的差异表达基因200个,其中上调基因188个,下调基因12个.基因功能注释显示上调表达的基因主要为植物激素代谢途径、苯丙烷类生物合成、类黄酮生物合成、谷胱甘肽代谢相关的基因以及WRKY转录因子,细胞色素P450等基因.GO富集分析显示在188个上调表达基因中有178个基因获得注释,分布于35个注释条目中,其中与植物抗虫相关的过程主要有苯丙烷类生物合成过程、响应生物胁迫以及非生物胁迫的创伤反应过程、防卫反应过程、茉莉酸介导的信号途径、对茉莉酸的反应以及催化活性调节等过程.差异基因KEGG分析结果显示,蚜虫取食12 h的样品与相应对照间差异表达基因大量富集于苯丙烷类生物合成途径、植物激素信号传导途径以及谷胱甘肽代谢途径、类黄酮代谢合成途径、α-亚麻酸代谢途径、氨基酸生物合成以及植物昼夜节律调控等代谢途径中.参与茉莉酸信号通路与类黄酮代谢途径的基因上调表达较多,这两个代谢途径可能在PI550607抗蚜反应中发挥了重要的作用.选取了6个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其基因表达数据与测序数据一致.[结论]高粱品种PI550607在受蚜虫取食早期主要通过提高基因表达量来抵御蚜虫危害,茉莉酸信号途径以及类黄酮代谢途径在PI550607抵御麦二叉蚜的取食过程中发挥了重要的作用.