摘要
谷子是我国北方重要的杂粮资源，有丰富的营养价值，是“健康中国”不可或缺的一部分。但近年来，由于谷子种植品种单一，导致谷子上的病害发生日益严重，白发病成为了谷子上最重要的病害之一，发生严重时会对谷子的产量和品质构成致命威胁。目前对谷子抗白发病机制的研究还不够深入，因此，本研究通过对感病品种晋谷21(JG21)及利用EMS诱变获得突变体M12进行表型观察、农艺性状及生理生化测定，以明确其差异;同时采用高通量测序手段,联合全基因组重测序和禾生指梗霉侵染JG21及其突变体M12早期(12h和24 h)的转录组基因表达模式差异分析，发掘抗病候选基因，拟初步阐释谷子抗白发病分子机制。主要研究结果如下: 1.通过JG21及抗病突变体M12的表型及农艺性状调查发现，M12为矮化抗病突变体。同时为明确禾生指梗霉侵染JG21及突变体M12在生理生化水平差异，本研究对接种白发病菌后的防御酶和渗透调节物质测定，结果表明JG21与突变体M12的防御酶活性和渗透调节物质含量的变化不同，SOD在接菌后酶活性升高，而POD活性明显下降;可溶性糖和脯氨酸含量在接菌后变化趋势一致，其含量均下降，但M12的防御酶活性和渗透调节物质含量均高于JG21。推测JG21及M12在接种后防御酶和渗透调节物质等密切相关，POD、CAT及可溶性糖、脯氨酸可作为综合评价谷子对白发病抗性的参考指标。 2.全基因组重测序结果表明JG21与M12中上游分别为27268和51548个变异位点，同义突变分别为10747和23065个变异位点，非同义突变分别为12676和28114个变异位点。通过寻找两者间发生在CDS区的非同义突变SNP和移码突变InDel,最终在JG21与M12中共发现94个具有非同义突变SNP或者移码突变InDel的差异基因，利用谷子基因组数据库，我们对94个差异基因进行了功能预测，最终确定了 14个抗病候选基因。 3.转录组测序技术分析禾生指梗霉侵染JG21及突变体不同时间基因差异表达变化，对DEGs进行了 GO注释和KEGG富集分析，发现在JG21和突变体M12两个时间段同时富集到的条目有蛋白质磷酸化、几丁质分解代谢过程、糖基转移酶活性、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性、肉桂酸生物合成等过程。KEGG富集结果显示，植物与病原体互作及MAPK生物合成途径可能发挥重要抗病调控作用。通过全基因组重测序技术和转录组学联合分析，筛选到8个候选抗病基因，1个为细胞壁关联激酶(Seita.8G202700),3个为蛋白激酶(Seita.8G226800 Seita.1G232700、Seita.7G329900),推测这些基因在谷子抵抗白发病过程中发挥重要作用。 综上，本研究确定了从组织学水平、生理生化角度，明确了感病品种JG21与其抗病突变体的差异;从基因组和转录水平挖掘到谷子抗病候选基因，其结果可为谷子的抗病基因克隆、辅助分子育种提供理论参考。
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