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将对小麦和大麦镰刀菌腐蚀的转录响应进行比较,鉴定了抗病性和耐旱性之间的重要关系

抽象的

背景

镰刀菌冠腐病(Fusarium crown rot,FCR)是世界粮食生产中的一种慢性病害。这种疾病的影响高度依赖于环境,严重的产量损失主要发生在受干旱影响的作物上。

结果

在此处报告的研究中,我们评估了使用两种方法赋予FCR抵抗和干旱耐受的基因之间的可能关系。第一种方法研究了FCR诱导的差异表达基因(DEGS)靶向两种大麦和一个小麦基因座,其基于干旱耐受性的已知功能来抑制从文献中的基因。在149个疗法基因中,61.0%对三个基因座的FCR感染反应。第二种方法是在小麦干旱下的全球转录组反应诱导的FCR感染诱导的全球参数比较。该分析发现,在一个或多个温度感染下,在一次或多个时间点下,在易受抗病治疗后,约48.0%检测到一周后检测到一周后,在干旱治疗后三周检测到的50%的DEGs差异表达。至于第一种方法的结果,在干旱下,绝大多数常见的常见常见次数下调,在FCR感染下的敏感性中等表达抗性中等含量。

结论

本研究的结果表明,小麦中的抗性孤立性正在经历较少的干旱胁迫,这可能导致比敏感的孤立岛更强的防御反应。然而,大麦中干旱胁迫诱导的大部分基因比感染下的抗性中等含量更高度表达,表明赋予耐旱性和FCR抗性的基因可以不同地相互作用。然而,FCR抵抗和干旱反应性之间的强烈关系提供了进一步的证据,表明通过操纵促进耐旱的基因来提高FCR抗性的可能性。

背景

镰刀菌冠腐(FCR),其可能由各种造成的镰刀菌物种F伪禾本科小麦病害是世界上半干旱地区小麦和大麦生产中的一种慢性病,是大多数地区的主要病原[1.,2.,3.]. 以往的研究表明,该病在美国可使粮食减产35.0%[4.],土耳其为43.0%[5.伊朗45.0%[6.].根据十年前进行的生产损失的调查,FCR可以在普通小麦中每年达到近似澳元欧元亏损(小麦L.,Genome AABBDD;2n = 6x = 42)和大麦(大麦芽L.,Genome HH,2N = 2x = 14)在澳大利亚的生产[7.,8.].

茎基部或根与前几年被感染植物的残茬的物理接触促进了最初的感染F伪禾本科[9]. 病害严重时,确实会发生苗木死亡[3.],可能导致作物生产的产量损失。然而,没有报告的研究调查幼苗死亡对籽粒产量的可能影响。该疾病的典型症状包括植物生长营养阶段的植物精灵,亚冠间,下叶护套和茎碱和根组织的褐变。萎缩或没有核的“白头”是FCR感染植物的常见特征,尤其是在开花后遭受干旱胁迫的小麦作物[1.,8.].

在干旱条件下,尤其是在花后,田间条件下的FCR发育明显[10.]. 尽管这种疾病在世界范围内的谷物种植区广泛发生,但它主要在半干旱地区造成严重的粮食产量损失[4.,5.,6.,11.,12.].组织学研究表明,一旦镰刀菌病原菌进入寄主植物,干旱条件下促进了病原菌的增殖和传播[13.].干旱胁迫也是促进基于实验室的生物测定中严重FCR感染的关键步骤[14.近年来在普通小麦[15.,16.,17.]和大麦[18.,19.,20,21].然而,目前尚不清楚为什么干旱胁迫增强了FCR感染的严重程度,并且尚未报道由FCR感染和耐旱耐受的基因之间的可能关系。

为促进培育FCR抗性品种的过程,已经提出了识别新颖的抗性和检测赋予FCR抗性的新源。这些努力导致成功识别赋予小麦和大麦的FCR抗性的定量性状基因座(QTL)[22].已经开发了近等离子体线(NIL)并用于验证从QTL映射研究中识别的推定基因座[18.,20,23].在开发赋予基因座的诊断标志物的诊断标志物赋予FCR抗性的诊断标志物中,靶向来自靶向FCR抵抗基因座(位于小麦的4HL和1HL上的3个和1HL)的转录组序列进行了可用[15.,24,25].这些可用的转录组序列用于基于两种不同方法研究由FCR感染和耐旱性诱导的基因之间的可能关系。首先,评估靶向赋予FCR抗性的三个基因座中的每一个的含量的转录组序列中具有已知耐旱性的所选基因的基因。然后,我们进一步将全局DEG与3BLRNA-SEQ数据进行了比较,并在小麦中的干旱下具有全局转录组反应。本出版物报告了从这些评估中获得的结果。

结果

对皇冠腐的分子反应在小麦的干旱相关过程中富集,但不是在大麦中

在控制接种之后的抗性('R')与易感('R')和易感('s')的比较F伪禾本科-接种(补充表1.)研究了1HL(大麦)、4HL(大麦)和3BL(小麦)共有的DEGs对干旱相关过程和功能的富集作用。来自控制(R)的数据C和sC)和接种的(r和s)在五对液中获得治疗以进行DEG分析。它们在一个接种时间点下包括三个NIL对,用于1小时,在两个时间点为3BL,一个NIL对,一个NIL对在一个时间点为4HL。为了提供更公平的比较,来自不同对和采样时间点的孤立线被合并为每个轨迹。在分析中拍摄的步骤的细节在图2中显示。1.以下。

图。1
图1

检测差异表达基因(DEGS)的策略图。只有r的比较C和sC和r.和s数据分析采用文献资料法。来自每个靶点的每个比较数据被分为上调和下调的DEG。将不同NIL对的抗性等值线和S等值线分别合并,去除符号不一致的值,得到表达值。具体来说,当筛选上调的DEG时,正数将被保留,但当筛选下调的DEG时,正数将被删除

在三个基因内检测到响应感染的基因中的小程度的重叠,用于上调基因的三个基因(图。2.). 共有253个和327个重叠的deg分别出现在R和S等值线上F伪禾本科- 手机。然而,在'R'和's'is Iscolines之间的三个基因座中观察到几种通常下调的基因分别在“R”和'和'和'和'和'和'和'和'siscine中仅鉴定出6和4次。三个基因座中共差异表达基因(上调和下调)之间的相对较小的重叠表明,在三种不同基因座的功能的差异驱动的情况下,通过差异或之间的差异存在显着差异的存在显着差异这两个物种。

图2
图2

在控制接种后的“r”和'r'和'r'和'sishile之间的独特和常见次数F伪禾本科- 从三个基因座中的过程。'r'和'卑鄙的抗性和'sistorine,'我'和'c'参考F伪禾本科感染和对照接种。上面板表示在1HL,4HL和3BL NIL中的受感染条件下的抗性测定中的常见和独特的基因在1HL,4HL和3BL NIL中,而下面的面板表示在耐药性ISOLLINE下的常见和独特的上调或下调基因三个目标基因座的零中的控制条件

GO术语浓缩分析仅在单独的每个基因座中的FCR感染后的FCR感染之后的变化的上调次数上进行了上调的。一些干旱相关的GO条款是在3BL R中识别的Cvs r.(反应水剥夺和脱落酸活化信号通路)和3BL S.Cvs s.(对水分缺乏的反应和脱落酸对种子休眠的维持)而干旱相关GO术语在4HL或1HL比较中未发现富集(补充表)2.).为了评估在所有三个基因座中的“R”和'和'和'和's'中的感染反应是富集的,富集了与干旱相关的过程,使用来自R的253和327重叠的253和327进行了富集富集分析Cvs r.和sCvs s.比较。共得到50个GO项和42个GO项。大多数常见的围棋术语来自RCvs r.和sCvs s.比较与病原体防御相关过程有关;然而,在常见的参数集中没有识别与干旱相关响应的紧密关系。

小麦和大麦的耐旱基因对侵染都有反应,但3BL和1HL NILs的耐旱基因在等位基因间的反应不同

为了评估干旱耐受性和FCR诱导的次数之间的关系,从文献中策划了与耐旱耐受相关的一组149个基因(补充表3.). 这些干旱基因的小麦和大麦同源基因是从全球同源基因的Ensembl植物数据库中推断出来的[26]在NILs中观察到感染后表达水平的变化。有趣的是,149个耐旱相关基因中的91个(61.0%)在一个或多个等位基因系中对感染的反应差异表达(图。3.).

图3.
图3

一张热图显示了针对三个FCR基因座的NILs的抗感等位基因系之间干旱相关基因的倍数变化R'和S'分别表示抗性和易感等位线,'I'和'C'表示F伪禾本科感染和对照接种分别。列表示不同比较(组合)的折叠变化,而行表示跨比较的单个基因的变化。折叠变化的大小由色调表示,黄色音调代表上调和紫色音调下调

在NILs感染下,大部分应答性耐旱基因表达上调。对于4HL大麦NILs, ' R '和' S '等位基因检测到的deg分别为33和36个,反应高度相似。相比之下,1HL易感等值线表现出更强的干旱反应,而' R '等值线有33个deg,而' S '等值线有15个deg,这可能表明' S '等值线因感染而经历了更大的干旱胁迫。观察到的最大差异是在3BL等值线之间,与S等值线(13 deg)相比,R等值线的响应显著提高(54 deg)。上述结果表明,耐旱基因可能是小麦和大麦对冠腐病的抗性位点依赖的重要组成部分,3BL抗性等位基因可能直接或间接地调控着小麦和大麦对冠腐病的抗性反应。

对于所有比较的通常反应基因,GMERF6.HVP5CS1在1HL,4HL和3BL中的所有比较中是最具表达的基因。oserf3.,已知基因对水稻的耐旱性受到负面影响[27],表示3BL的' R '等值线和4HL的' S '等值线上调。根据3BL等位基因对干旱相关项的富集,以及3BL等位基因对侵染的不同反应模式,耐旱性可能是3BL抗性位点功能的一部分。基于以往的RNA-seq数据,进一步探讨3BL NILs对感染的响应与对干旱的响应之间的关系,以了解' R '和' S '等线对感染的总体响应在干旱相关过程中是否存在差异。

全球转录反应F伪禾本科小麦感染与干旱呈显著负相关

为了评估在患有干旱诱导的基因表达的r离子中的Ristmine中的转录组响应之间的重叠,我们进一步将来自3BLRNA-SEQ数据的全球DEG与在干旱下的全球小麦转录组反应相比。To this end, the pattern of transcriptional change within and between ‘R’ and ‘S’ isolines was compared with global drought induced transcriptional change within previously published RNA-seq dataset which observed gene expression differences between well-irrigated (control) and droughted wheat under field conditions [28].为了帮助直接比较3BL RNA-SEQ数据集,使用相同的分析管道,基因组组装和注释来重新分析该干旱RNA-SEQ数据集以维持技术一致性。马等人。[28在灌溉后,在不同的时间点,在不同的时间点,在不同时间点的叶片组织上进行RNA-SEQ(T4 =灌溉后一周后的T4 = T6 =灌溉后三周)。在我们的分析中分别在T4和T6中检测到总共296和834次响应干旱的显着参数(补充表1.).

比较干旱响应DEGs与镰刀菌‘R’和‘S’等位基因中的应答基因表明,绝大多数对感染和干旱都有应答的基因在感染下上调,但在干旱下下调,在‘R’和‘S’等位基因中重叠比例相似(分别为17.0%和16.0%)(图。4.). 观察到‘R’和‘S’等值线(3 dpi和5 dpi)与T6干旱显著相关(图。5.).However, the correlations between ‘R’ isoline DEGs was stronger (r = − 0.4 for 3 dpi and r = − 0.32 for 5 dpi) compared to ‘S’ isoline DEGs (r = − 0.26 for 3 dpi and r = − 0.29 for 5dpi). Significant correlations were not observed between镰刀菌“R”或“S”等值线中的诱导DEG和T4干旱DEG。

图4.
图4

维恩图显示了在比较针对小麦3BL基因座的抗性和易感等位基因与对干旱敏感的DEGs的比较中确定的上调和下调DEGs之间的重叠。面板一种显示上调的RC与R之间的重叠和sCvs s.在5 dpi和面板下进行DEGSB.显示下调rCvs r.和sCvs s.在5 dpi的Degs与干旱(T4和T6)下调的DEG。控制板C在上调的s之间显示重叠vs r.DEGS(3DPI和5DPI)和面板D.显示下调的svs r.Degs与干旱下调节(T4和T6)上调

图5.
图5

散点图显示S的DEG表达值之间的相关性vs r.在干旱下,上调基因与基因下调。面板A.B比较3dpi和5dpi RCvs r.上调基因与干旱T6下调基因。面板CD比较5dpi s.Cvs s.上调基因与干旱T6下调基因。R.值显示DEG表达值之间的相关共同高效(Pearson)。轴显示日志2.感染期间的差异表达折叠变化(x轴)与日志2.干旱条件下差异表达倍数的变化(y轴)。蓝线表示最佳拟合线,阴影显示回归的逐点95.0%置信区间

鉴于观察到的‘S’等位线DEGs与‘R’等位线DEGs之间的相关性较弱,在受感染的‘R’和‘S’等位线之间表达不同程度的基因也与干旱DEGs进行了比较。在一个或多个时间点受感染的S和R等位基因之间,约46.0%的T4 DEGs和66.0%的T6 DEGs也有差异表达(补充图1.). 有趣的是,在干旱条件下,绝大多数普通DEG表达下调,在‘R’等位线中的表达比在感染条件下的敏感等位线更高(补充图1面板A)。为了确定这些共同的DEGs是否表现出相似程度的差异表达,选择了在每个时间点在‘R’等值线上表达更高的基因,并与干旱条件下上调的基因进行比较。进行成对相关检验(Pearson)发现,两组之间存在中等强度和高度显著的负相关vs r.和干旱比较R.价值观− 0.43和− 比较S时为0.53vs r.3DPI分别具有干旱T4和T6 DEG表达值的3DPI DEG表达值R.价值观− 0.33和− 比较S时为0.39vs r.5dpi deg表达值分别具有干旱t4和t6°表达值(补充图2.).

为了探究哪些过程和功能同时受到FCR感染和干旱的影响,基因本体富集分析采用3BL ' R '等高线在3 dpi和5 dpi上调,但在T6干旱胁迫下下调的基因(其他比较没有包含足够多的常见deg,无法进行GO term富集分析)。结果显示,3 dpi和5 dpi的富集项分别为199项和110项P< 0.05; Bonferroni校正)。将这些结果简化为最具体的术语,分别为3 dpi和5 dpi确定了23个和19个术语。在大多数特定术语中,很大一部分术语与真菌病原体的防御反应有关,包括防御反应、产生具有肉桂酸生物合成过程的抗菌代谢产物和蛋白质、L-苯丙氨酸分解代谢过程和几丁质结合,防御激素表现为对茉莉酸和苯丙氨酸解氨酶活性的反应,以及对主要FCR相关真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇的解毒作用,槲皮素7-O-葡萄糖基转移酶活性增强。其他与一般胁迫和干旱胁迫相关的反应还包括谷胱甘肽代谢过程、赤霉素介导的信号通路负调控、高渗盐分和脱落酸激活的信号通路负调控。这些模式共同推断,3BL'R'等值线内的耐旱性增强,重要的防御反应与对干旱的反应有关F伪禾本科在FCR感染期间,与'R'中的干旱和更高度表达的干旱和更高度表达的速度都在切换。

讨论

FCR是世界上许多谷物种植区的一种慢性病,但该病主要在受干旱影响的作物中造成严重的产量损失。基于小麦和大麦抗FCR基因NILs的转录组序列,我们用两种不同的方法研究了小麦和大麦抗FCR基因与干旱的可能关系。这些评估的结果高度一致,在FCR感染诱导的DEGs中检测到超过一半的干旱相关基因。这项研究是第一次比较研究全球对干旱的转录反应与这些作物品种的FCR抗性相关的转录反应。观察到的模式表明,小麦的FCR抗性和干旱响应性之间存在强烈的反比关系,大多数响应基因在干旱期间表达下调,但在‘R’等值线中表达更高。富集分析表明,这些基因中的许多基因在已知的防御系统中发挥作用F伪禾本科如脱氧肾上腺素排毒[29,30,31]并诱导由植物激素,茉莉醇和水杨酸介导的全身性阻力信令[29,30,32[还在脱落酸信号中,一种已知的途径,其在小麦中起作用的协调耐受机制作用[33,34]以及对镰刀菌病原体[35,36].The resistance locus could be mediating resistance through two distinct mechanisms: directly limiting the ingress, spread and proliferation of the pathogen inside the plant within the ‘R’ isoline or the resistance locus may indirectly impact resistance by enhancing tolerance to drought conditions allowing the ‘R’ isoline to elicit a stronger defence response owing to greater access to water resources. These findings also indicate that many induced defences againstF伪禾本科受干旱影响的小麦作物,特别是对干旱更敏感的小麦品种,在干旱响应过程中协同下调,可能会降低其有效性。

然而,干旱胁迫诱导的基因在FCR感染下,在大麦中的评估基因座的FCR感染下,敏感的Iscoline致强调。这些结果表明,控制FCR抵抗和耐旱性的遗传网络可能显着重叠,但是赋予干旱耐受性的基因可能不同地影响这两种不同的作物物种之间的FCR抗性。FCR感染和干旱诱导的基因之间的不同关系是对FCR抗性的另一个特征不同的小麦和大麦。先前研究结果表明,与小麦相比,累积了大麦幼苗镰刀菌FCR接种后的每个阶段都更快地迅速[37].导致这两种作物差异的一个可能因素是倍性水平的差异。一般认为,多倍体基因组在面对非生物和生物挑战时提供缓冲效应,允许它适应广泛的环境[38].然而,与其他谷物物种相比,二倍体大麦有一个极宽的地理范围,它特别适应不同的环境,在水利下大大变化[39].大麦的这种独特的特征可能是为什么由FCR感染和这种物种干旱胁迫诱导的基因之间关系的原因似乎与普通小麦不同。

重要的是,干旱压力在从靶向本研究中评估的三个基因座中的每一个的靶向靶向靶的三组转录组数据中没有作用。组织学研究的结果表明,干旱应激延长了初始感染并增强了增殖和传播镰刀菌最初感染阶段后的病原体[13.].为了促进疾病发展,FCR接种在接种后的前几天浇水,然后施加干旱胁迫[14.].然而,该研究中使用的转录组序列均在未暴露于干旱胁迫时从3或5天接种后的幼苗获得[15.,24,25].

以前的发现表明干旱胁迫增强了增殖和传播镰刀菌初始感染阶段后病原体)[13.].从目前的研究结果来看,水稻抗旱性和干旱响应性之间的密切关系也指出了通过操纵赋予耐旱性的基因来提高水稻抗旱性的可行性。然而,众所周知,耐旱性基因可能有不同的机制,在不同的组织中表达,而且每种基因可能只在植物发育的某个阶段有效[40,41].此外,赋予FCR抗性的基因座在小麦和大麦的基因组中的不同位置上位于不同的位置上[22]推测具有FCR抗性的基因可能有不同的机制也不无道理。因此,干旱基因对FCR抗性的有效性可能不同,不同的FCR抗性基因对不同的耐旱基因的反应也可能不同,这并不奇怪。

干旱和FCR抗性之间的相互作用对参与FCR抵抗的基因的鉴定和功能研究具有重要意义,以及在育种计划中改善这种性状的努力。未来澄清干旱和含有含有抵抗的关系的关系应在受控环境中使用化学模拟滴水与聚乙二醇溶液的耐旱性表型NIL [42]或受控土壤含水量饱和/赤字灌溉时间表[43]. 如果在耐旱表型上观察到明显的差异,进一步的全球转录组学研究,即用干旱胁迫和FCR感染的不同组合处理等位基因系,将确定两种胁迫之间的共同和不同的转录反应网络。转录或翻译调控的差异[44,45]生物合成途径也可以推断可验证的代谢物的差异积累,并用作筛选种质耐受性和FCR抵抗的生物标志物[43,46,47].有效性抗性和耐旱之间的强相互作用也可能需要表型种质,以识别新颖性抗性的种质,也应根据用于识别其所使用的电阻源及其相关的含量的方法将干旱胁迫的元素纳入筛选过程中学习 [14.]. 通过这种方式,可以更加确信支撑这些表型的抗性等位基因将在FCR通常对谷物产量造成限制的环境中提供可追踪的抗性。我们的研究结果也可能表明,有效的筛选策略应该以提高耐旱性的种质为目标,或者至少是在水分有效性是一个重要制约因素的环境中选择的种质。

结论

FCR是全世界所有半干旱地区的慢性疾病,但这种疾病的严重产量损失主要发生在干旱造成的作物和干旱胁迫下,众所周知,增强感染植物内病原体的增殖和传播。通过检查由FCR感染和干旱胁迫引入的基因,我们在这两个特征之间以基因表达水平检测了强烈的关系。我们的研究结果表明,利用一些赋予干旱耐受性以增强FCR抗性的一些基因的可能性,尽管这些基因的有效性可能在所研究的两种作物物种之间存在差异。为了使这种方法更有效,应靶向在不同植物发育的不同阶段赋予耐旱耐受的那些基因。

方法

为了评估FCR抵抗和耐旱性之间的可能关系,在此处报告的研究中使用来自靶向FCR抗性的三个基因座的多个靶的多个NIL的转录组序列。其中一个基因座位于常见小麦染色体3B的长臂上[15.]. 另外两个是大麦基因座,一个位于染色体4H的长臂上[18.]另一种在染色体的长臂上[25]. 在三个研究中,来自不同NILs的转录组序列是从对照接种水或接种单一NILs分离物的植物中获得的Fusarium pseudogroinearum.(CS3096)。此外,转录组序列也从先前观察小麦干旱反应的研究中获得[28].Two timepoints from this study were selected for re-analysis: ‘T4’ comprised of leaf tissue sampled at one-week post-irrigation and ‘T6’ comprised of leaf tissue sampled at three weeks post-irrigation representing mild to moderate drought stress within plants undergoing vegetative growth (control samples were taken from well-irrigated plants at the same growth stage within the same trial).

本研究中使用的所有转录组序列来自国家生物技术信息中心(NCBI)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). FCR感染诱导的三组转录组序列的登录号分别为PRJNA541021(1HL位点)、PRJNA392021(4HL)和SRP048912(3BL)。耐旱性研究中转录组序列的登录号为SRP102636。

用于分析转录组数据的方法是Habib等人详细描述的那些。[24].基本上,FASTQC V0.11.2(http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/)来检查PHRED的可接受分数。SolexaQA ++ v3.1.3 (http://solexaqa.sourceforge.net/)用于修剪并过滤原始RNA读取,最小验证质量得分为30,最低最低读取长度为70bp。FOPHAT2 V2.2.13用于对准滤波读取到大麦的参考基因组(基于基因型MERERX)和常见小麦(基于基因型中国春季)。用罗伯茨等人所述评估样品中的转录物丰度的量化。[48]. 袖扣(http://cufflinks.cbcb.umd.edu/)用于产生基于从对齐的RNA-SEQ读数鉴定的转录物的样本方向注释[49].所有样品组件都与袖扣工具包中的袖扣分别用于小麦的大麦和“中国春季”的高信心转录元注释。Cuffdiff用于计算每百万次映射读取(FPKM)值的每千碱基的片段,并在基因型/治疗组合之间进行成对比较以识别DEG。折叠更改(在日志中2.规模)计算为折叠变化=日志2.(FPKM.A./FPKM.B).

采用两种方法对基因型处理组合进行两两比较分析:对同一等值线(RCvs r.和sCvs s.)在‘R’和‘S’等值线(RCvs s.C和R.vs s.). ‘C'和I'代表对照处理(用水接种)和F伪禾本科- 手机。通过设置调整确定了每个比较的显着的参数P值(Bonferroni校正)阈值≤0.05和日志2.表达折叠变化≥1或≤ - 1或'INF'或'-INF'(在一个条件下,FPKM值为零,另一个条件为零)。

Degs被确定在遵循F伪禾本科-从‘R’和‘S’等位线控制接种针对每个位点的NILs。从丛生植物中获得了小麦和大麦的全球同源基因(http://plants.ensembl.org.)使用Biomart工具[26,50].生成Venn图以使用网站中描述的方法比较相似性和差异http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn. 为了评估与抗旱性相关的基因,将它们的转录本名称与来自三个FCR基因座的DEGs进行匹配,以获得用于比较的特定值。

基于文献搜索,共有149种赋予耐旱耐受性耐受性的基因[51,52].鉴定了小麦和大麦中这些基因的同源物,并将它们据报道,作为参与干旱反应的关键基因。从NCBI获得这些基因中的每一个的核苷酸序列。

用Blast2GO对全球小麦和大麦编码序列进行了注释(https://www.blast2go.com/)按照Conesa等人描述的方法使用标准参数[53].DEGs induced by FCR within ‘R’ and ‘S’ isolines for all three loci and DEGs induced by both drought and FCR between the ‘R’ and ‘S’ isolines of the NILs targeting the 3BL locus were tested separately for GO enrichment using the Fisher’s exact test enrichment module to identify significantly enriched GO terms (P价值<0.05;Fisher的确切测试)在Blast2Go中应用了“最具体的术语”滤波器,如Habib等人所述。[24].

可用性数据和材料

本研究中分析的数据集可在国家生物技术信息中心(NCBI)获得(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). FCR感染诱导的三组转录组序列的登录号分别为PRJNA541021(1HL位点)、PRJNA392021(4HL)和SRP048912(3BL)。耐旱性研究中转录组序列的登录号为SRP102636。

工具书类

  1. 1。

    Chakraborty S、Liu C、Mitter V、Scott J、Akinsanmi O、Ali S、Dill Macky R、Nicol J、Backhouse D、Simpfendorfer S。病原菌种群结构和流行病学是小麦冠腐病和赤霉病防治的关键。澳大利亚植物病理学。2006;35:643–55.

    文章谷歌学术

  2. 2.

    Poole Gj,哈里斯M,Hüberlid,宫曼S,Macleod W,Leyes R,McKay A.使用土壤DNA和环境参数预测西澳大利亚州的谷物根病。植物疗法。2015; 105:1069-79。

    CAS.文章谷歌学术

  3. 3.

    Kazan K,Gardiner DM。诸如谷物作物中的镰刀菌伪图导致的镰刀菌冠腐烂:最近的进展和未来的前景。莫尔植物途径。2018; 19:1547-62。

    CAS.PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  4. 4.

    Smiley RW, Gourlie JA, Easley SA, Patterson L-M, Whittaker RG。太平洋西北地区小麦和大麦冠腐病的作物损害估计。工厂说。2005;89:595 - 604。

    PubMed公司文章谷歌学术

  5. 5.

    Tunali B、Nicol JM、Hodson D、Uckun Z、Büyük O、ErdurmuşD、Hekimhan H、AktaşH、Akbudak MA、Bağci SA。土耳其与春小麦、兼性小麦和冬小麦有关的根和冠腐真菌。植物分布。2008;92:1299–306.

    PubMed公司文章谷歌学术

  6. 6。

    Saremi H,Ammarellou A,Jafary H.冠腐病的发生率Fusarium pseudogroinearum.作为一种新的土壤真菌在伊朗西北部诞生。Pak J Biol科学。2007;10:3606–12.

    CAS.PubMed公司文章谷歌学术

  7. 7。

    Murray GM, Brennan JP。估算澳大利亚小麦产业的疾病损失。澳大利亚植物豪索尔。2009; 38:558-70。

    文章谷歌学术

  8. 8。

    Murray GM, Brennan JP。估计疾病对澳大利亚大麦工业的损失。澳大利亚植物病理学。2010;39:85-96。

    文章谷歌学术

  9. 9。

    伯吉斯L。2011年麦卡平纪念讲座-与镰刀菌. 澳大利亚植物病理学。2014;43:359–68.

    CAS.文章谷歌学术

  10. 10。

    Papendick ri,cook rj。小麦植物水压力与镰刀菌腐烂的发展。植物疗法。1974; 64:358-63。

    文章谷歌学术

  11. 11.

    辛格DP,返回次,Kristiansen P.温度和水势在位移中的相互作用Fusarium pseudogroinearum.真菌拮抗剂的谷物残留物。BIOL控制。2009; 48:188-95。

    文章谷歌学术

  12. 12

    Hameed M,Rana R,Ali Z.一种新颖的伊拉克孤立的识别和表征Fusarium pseudogroinearum.造成小麦冠腐病。Genet Mol Res. 2012; 11:1341-8。

    CAS.PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

  13. 13

    刘X,刘C.干旱胁迫对大麦镰刀菌腐败发育的影响。Plos一个。2016; 11:12。

    谷歌学术

  14. 14

    关键词:小麦,冠腐病,冠腐病,接种Fusarium pseudogroinearum..J植物疗法。2008; 156:751-4。

    文章谷歌学术

  15. 15

    马军,Stiller J,赵青,冯青,Cavanagh C,王平,Gardiner D, Choulet F, Feuillet C,郑玉林。面包小麦抗冠状枯萎病3bl位点的转录组和等位基因特异性《公共科学图书馆•综合》。2014;九11。

    谷歌学术

  16. 16

    郑Z,MA J,ITSTER J,赵Q,冯Q,Choulet F,Feuillet C,Zheng Y-L,Wei Y,Han B等。大效QTL赋予六倍体小麦染色体3B长臂粗糙QTL的精细映射。BMC基因组学。2015; 16:850。

    PubMed公司pmed中央文章CAS.谷歌学术

  17. 17。

    郑Z,高S,周M,闫克,刘C.通过普通小麦的大效QTL提升镰刀冠腐蚀性(小麦L.)。mol品种。2017; 37:9。

    文章谷歌学术

  18. 18。

    Habib A,Shabala S,Shabala L,Zhou M,Liu C.为染色体臂4HL赋予大麦粗岩腐蚀性的主要QTL开发了近代型线。Euphytica。2016; 209:555-63。

    CAS.文章谷歌学术

  19. 19。

    江益,Habib A,郑Z,周M,魏Y,Zheng Y-L,Liu C.利用近代源性线衍生群,Zheng Y-L,Liu C.在大麦中的念珠菌抗腐蚀性基因的鉴定和鉴定。Al Appl Genet。2019; 132:217-25。

    CAS.PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

  20. 20.

    高S,郑Z,胡,施,马茹,刘y,魏y,郑y-l,周m,刘c。一种新型QTL赋予大麦染色体臂6hl染色体臂腐蚀性的新型QTL。前植物SCI。2019; 10:1206。

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  21. 21。

    高S,郑Z,胡H,江Y,刘M,斯蒂勒J,周M,刘C。通过对近等基因系大群体的发育和分析,在大麦染色体臂1HL上定位了抗镰刀菌冠腐病的基因座。作物J。2020https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.03.008.

  22. 22。

    刘C,奥格比亚纳州FC。小麦和大麦抗镰刀冠腐蚀:综述。植物品种。2015; 134:365-72。

    文章谷歌学术

  23. 23。

    关键词:六倍体小麦,冠腐病抗性,3BL主要QTL,近等基因系Euphytica。2012;183:147-52。

    文章谷歌学术

  24. 24。

    Habib A,Powell JJ,Inter J,Liu M,Shabala S,周M,Gardiner DM,Liu C.一种近近代的等源线(多NIL)RNA-SEQ方法,以识别支撑QTL的候选基因。Al Appl Genet。2018; 131:613-24。

    CAS.PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

  25. 25

    高S,Zheng Z,Powell J,Habib A,Still j,周M,刘C.通过分析来自近代近的近似的转录om赋予大麦粗糙冠卵腐蚀的鉴定和描绘了鉴定和描绘。BMC基因组学。2019; 20:1。

    文章谷歌学术

  26. 26

    BOLSER D,STAINES DM,PROCTEDAR E,Kersy P.SeNEMBL植物:集成可视化,挖掘和分析植物基因组学数据的工具。方法Mol Biol。2016年。https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3167-5植物生物信息学。

  27. 27

    张H,张俊,Quan R,Pan X,WAN L,黄R.稻米蛋白酶的耳动突变改变了乙烯生物合成和耐旱性的调节。Planta。2013; 237:6。

    谷歌学术

  28. 28

    马J,李R,王H,李D,王X,张Y,甄W,段H,严G,李Y。转录组学分析揭示了小麦在田间条件下生殖阶段对干旱胁迫的反应。前植物科学。2017;8:592.

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  29. 29。

    Powell JJ、Carere J、Fitzgerald TL、Stiller J、Covarelli L、Xu Q、Gubler F、Colgrave ML、Gardiner DM、礼仪JM。镰刀菌冠腐病菌Fusarium pseudogroinearum.引发了面包小麦的一系列转录和代谢变化(小麦L.)。安·博特。2017;119:853–67.

    CAS.PubMed公司pmed中央谷歌学术

  30. 30.

    Powell Jj,Carere J,Sablok G,Fitzgerald TL,艾斯特J,Colgrave Ml,Gardiner DM,Lander JM,Vogel JP,Henry RJ。转录组分析短柄草属在真菌病原体感染期间,揭示了与小麦的共同和不同的防御反应。SCI批准。2017; 7:1-14。

    文章CAS.谷歌学术

  31. 31.

    王H,孙S,葛W,赵L,侯B,王K,吕Z,陈L,徐S,郭J。小麦抗赤霉病真菌Fhb7基因水平转移的研究。科学。2020https://doi.org/10.1126/science.aba5435.

  32. 32.

    Desmond Oj,礼仪JM,Schenk PM,麦克兰DJ,Kazan K.基因表达分析对感染的小麦反应Fusarium pseudogroinearum..physiol mol植物疗法。2008; 73:40-7。

    CAS.文章谷歌学术

  33. 33。

    董B,郑X,刘哼,能干,杨开,张,赵哼,张m,qiao y,王y,柳m。干旱胁迫对两种冬小麦花粉无菌,籽粒产量,脱落酸和保护酶的影响品种。前植物SCI。2017; 8:1008。

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  34. 34。

    张P,刘y,李米,ma j,王c,su j,杨d.末端干旱胁迫下小麦花梗水溶性碳水化合物动态酶和基因相关的脱落酸。植物理性生物化学。2020; 151:719-28。

    CAS.PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

  35. 35。

    安德森JP,Badruzsaufari E,Schenk PM,Anyners JM,Desmond OJ,Ehlert C,Maclane DJ,Ebert Pr,喀山K.脱离酸和茉莉 - 乙烯信号通路之间的拮抗相互作用调节拟南芥中的防御基因表达和抗病性。植物细胞。2004; 16:3460-79。

    CAS.PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  36. 36。

    齐P-F,Balcerzak M,Rocheleau H,梁W,魏Y-M,Zheng Y-L,Ouellet T.茉莉酸和脱落酸在宿主 - 病原体相互作用中起重要作用禾谷镰刀菌在镰刀菌长的早期阶段枯萎的小麦。physiol mol植物疗法。2016; 93:39-48。

    CAS.文章谷歌学术

  37. 37

    刘奕,马杰,严W,严G,周M,魏奕,郑奕,刘C。面包小麦、硬粒小麦和大麦对小麦赤霉病的不同耐性Fusarium pseudogroinearum..J植物疗法。2012; 160:412-7。

    文章谷歌学术

  38. 38

    杜布科夫斯基J,德沃夏克J。基因组可塑性是多倍体小麦驯化成功的关键因素。科学。2007;316:1862–6.

    CAS.PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  39. 39

    牛顿AC,Flavell AJ,George Ts,Leat P,Mullholland B,Ramsay L,Revoredo-Giha C,Russell J,Steffenson Bj,Swanston JS。喂养世界的作物4.大麦:一个弹性作物?粮食安全背景下的优势和缺点。食物秒。2011; 3:141。

    文章谷歌学术

  40. 40

    Nakashima K,Yamaguchi-Shinozaki K,Shinozaki K.在干旱反应中的转录监管网络及其在非生物应激反应中的串扰,包括干旱,冷和热量。前植物SCI。2014; 5:170。

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  41. 41

    Budak H,Hussain B,Khan Z,Ozturk Nz,Ullah N.从遗传学到功能基因组学:改善水流发信号和小麦耐受性。前植物SCI。2015; 6:1012。

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  42. 42.

    Vahdati K,Lotfi N,Kholdebarin B,Hassani D,Amiri R,Mozaffari Mr,Leslie C.筛选波斯核桃的耐旱基因型(核桃L.)在种子萌发期间。Hortscience。2009; 44:1815-9。

    文章谷歌学术

  43. 43.

    Yadav AK、Carroll AJ、Estavillo GM、Rebetzke GJ、Pogson BJ。利用氨基酸对温室干旱的响应来预测小麦的田间耐旱性。J实验机器人。2019;70:4931–48.

    CAS.PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  44. 44.

    萨布洛克G,鲍威尔JJ,喀山K。植物中mRNAs翻译的新角色和前景。前植物科学。2017;8:1443.

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  45. 45。

    Kage U,Powell JJ,加德纳DM,Kazan K.植物中的核糖体谱。翻译中没有丢失什么?J Exp Bot。2020; 71:5323-32。

    PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

  46. 46。

    Lotfi N、Soleimani A、Vahdati K、ÍakmakÍR。干旱胁迫下核桃种子萌发的综合生化研究。科幻电影。2019;250:329–43.

    文章谷歌学术

  47. 47。

    Naser L,Kourosh v,Bahman K,Reza A.可溶性糖和脯氨酸积累在波斯核桃中的干旱耐受筛查的有效指数起作用(核桃L.)在萌芽期间。水果。2010; 65:97-112。

    CAS.文章谷歌学术

  48. 48。

    Roberts A,Pimentel H,Trapnell C,Pachter L。用RNA-Seq鉴定注释基因组中的新转录物。生物信息学。2011;27:2325–9.

    CAS.PubMed公司文章谷歌学术

  49. 49

    Trapnell C、Roberts A、Goff L、Pertea G、Kim D、Kelley DR、Pimentel H、Salzberg SL、Rinn JL、Pachter L。TopHat和袖扣RNA-seq实验的差异基因和转录表达分析。Nat协议。2012;7:562–78.

    CAS.PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  50. 50

    Kinsella RJ,KähäriA,Haider S,Zamora J,Proctor G,Spudich G.Seanembl BioMarts:跨越分类空间检索的集线器。数据库。2011年。https://doi.org/10.1093/database/bar030.

  51. 51

    Khan Mr,Khan I,Ibrar Z,LéonJ,纳粹AA。主要在根组织中表达的干旱响应基因在主要谷物作物的启动子中富集含有型均型顺式调节簇。作物J. 2017; 5:195-206。

    文章谷歌学术

  52. 52

    Kulkarni M,Soolanayakanahally R,Ogawa S,Uga Y,Selvaraj Mg,喀古塔尔S.在小麦的干旱反应:控制根系结构和蒸腾效率的关键基因和监管机制。前化学。2017; 5:106。

    PubMed公司pmed中央文章谷歌学术

  53. 53

    coesa A, Götz S, García-Gómez JM, Terol J, Talón M, Robles M. Blast2GO:用于功能基因组学研究的注释、可视化和分析的通用工具。生物信息学。2005;21:3674-6。

    CAS.PubMed公司文章pmed中央谷歌学术

下载参考资料

致谢

作者感谢伊丽莎白伊丽莎白·艾特肯教授(昆士兰大学),在规划研究中的建设性讨论。Zys和SG感谢塔斯马尼亚大学,以便在博士学位的学生期间支持。作者也很感谢Gagan Garg和Udaykumar Kage(Csiro农业和食品)以及匿名审查员,了解修改稿件的帮助和建议。

资金

本出版物中报告的工作由CSIRO内部项目(项目代码R-10191)支持。资助机构在设计研究、收集、分析和解释数据或撰写手稿方面没有扮演任何角色。

作者信息

从属关系

作者

贡献

本研究由CL和MZ设计。由ZYS、JJP和SG进行数据收集、分析和实验。ZYS、JJP和CL准备了手稿的初稿。所有作者都阅读并批准了最后的手稿。

相应的作者

对应于C.刘.

道德宣言

道德认可和参与同意

不适用。

同意出版物

不适用。

相互竞争的利益

提交人声明他们没有竞争利益。

附加信息

出版商说明

斯普林格自然保持中立,就管辖权的要求,在出版的地图和机构的联系。

补充信息

附加文件1:补充图1。

维恩图显示了在比较针对小麦3BL基因座的抗性和易感等位基因与对干旱敏感的DEGs的比较中确定的上调和下调DEGs之间的重叠。面板A显示了两个上调的S之间的重叠vs r.DEGS(3DPI和5DPI)和Panel B显示下调的S.vs r.在干旱下(T4和T6)下的DEGS与DEGS下降。面板C显示上调的s之间的重叠vs r.DEGs(3dpi和5dpi)和面板D显示下调的Svs r.DEGs与DEGs在干旱条件下上调(T4和T6)。

附加文件2:补充图2。

散点图显示S的DEG表达值之间的相关性vs r.在干旱下,上调基因与基因下调。面板A和C比较3DPI S.vs r.具有干旱T4和干旱T6下调基因的上调基因。面板B和D比较5dpi svs r.分别与干旱T4和干旱T6下调基因一起上调基因。R.值显示DEG表达值之间的相关共同高效(Pearson)。轴显示日志2.差异表达折叠变化vs r.(x轴)与对数2.干旱条件下差异表达倍数的变化(y轴)。蓝线表示最佳拟合线,阴影显示回归的逐点95.0%置信区间.

补充文件3:补充表1。

全球3BL、4HL和1HL NILs的重要DEG列表镰刀菌感染RNA-seq研究和干旱反应RNA-seq研究。

补充文件4:补充表2。

各种NIL/治疗比较的DEGs基因本体富集分析结果。

补充文件5:补充表3。

从文献中整理出的149个抗旱相关基因的详细信息,用于共同干旱和冠腐病转录反应的靶向比较。

权利和权限

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引用本文

Su,Z.Y.,Powell,J.J.,Gao,S。等等。将转录响应与小麦和大麦的镰刀菌冠腐蚀的比较鉴定了抗病性和耐旱性之间的重要关系。BMC植物生物学21,73 (2021). https://doi.org/10.1186/s12870-020-02818-1

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关键词

  • 镰刀菌
  • 小麦
  • 大麦
  • 冠腐病
  • 干旱宽容
  • 转录组测序