基于转录组分析苹果水杨酸特异响应基因MdWRKY40的启动子鉴定

摘要：

[目的]探明水杨酸(SA)对苹果叶片基因转录调控的影响,鉴定SA信号途径及其调控基因,为研究SA介导的抗病分子机制提供理论依据.[方法]生长30 d的'嘎啦'组培苗叶片用2 mmol?L-1水杨酸(SA)处理12 h,以CTRL(0.2%乙醇)处理作为对照,利用Illumina HiSeqTM 2000进行转录组测序,通过综合的生物信息学分析(差异基因筛选、条件特异性分析、GO分类及KEGG富集分析等)筛选SA信号途径的调控基因.克隆受SA特异性诱导表达基因的启动子,利用苹果细胞原生质体转化技术,进行启动子活性鉴定,确定对SA进行特异性响应的核苷酸序列.[结果]CTRL和SA处理分别获得750439459 bp和751596153 bp的原始数据,分别有44.77%和43.88%与'金冠'苹果基因组完全匹配.获得3329个显著性差异基因,包括苯丙烷类、类黄酮等次生代谢物生物合成途径的相关基因(如木质素合成关键酶CAD、细胞色素P450、真菌抗性相关的β-1,3-葡聚糖酶等),调控植物病原菌互作途径重要功能基因(钙调蛋白CaM、抗病蛋白RPM1、热激蛋白HSP90、WRKY转录因子等)以及33个条件特异性诱导表达基因(NAC转录因子、NIMIN1、WRKY40、ERF转录因子等).其中1085个基因上调,2244个基因下调.差异基因主要涉及细胞过程、代谢过程和基因绑定、催化活性等;根据转录组学的结果,将SA响应基因MdWRKY40的启动子序列克隆到含有荧光素酶基因的表达载体中,置于荧光素酶基因的上游,转化苹果原生质体细胞.SA处理的原生质体细胞,荧光素酶的活性为未经SA处理的20.6倍,而脱落酸(ABA)、茉莉酸(JA)、1-氨基环丙烷羧酸(ACC)对荧光素酶的活性没有影响,说明该启动子为苹果中对SA进行特异性响应的启动子序列.不同区段的启动子片段对SA响应能力不同,从MdWRKY40翻译起始位点ATG向上游500—1000 bp只能响应高浓度SA,而对低浓度SA不具有响应能力,1500 bp片段对高浓度SA响应能力进一步显著增强,对低浓度SA响应也有微弱提高;而长度为2000 bp的核苷酸片段无论对高浓度SA还是对低浓度SA都具有显著响应能力,且达到最强.与2000 bp片段相比,2500 bp的核苷酸片段没有进一步增强启动子片段对SA的响应能力.超表达MdWRKY40蛋白对其自身的转录具有抑制作用.[结论]2 mmol·L-1 SA处理所影响的基因主要参与了苯丙烷类、类黄酮的生物合成,植物病原菌互作及植物激素信号转导途径.位于MdWRKY40开放阅读框上游的2500 bp核苷酸序列,为对SA进行特异性响应的核苷酸启动子序列.在1000—1500 bp及1500—2000 bp具有显著提高启动子对SA敏感性的未知核苷酸序列,另外,MdWRKY40转录调控存在反馈抑制机制.

关键词：SA、苹果、转录组、信号转导、植物病原菌互作

所属期刊栏目：50

分类号：TP3;R3

资助基金：国家自然科学基金31272132;山东省泰山学者工程启动基金tshw20120712

在线出版日期：2018-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共21页

页码：3970-3990