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栀子(Gardenia jasminoides Ellis)是我国常用传统中药材也是重要药食两用资源。在食品生产中,从栀子中提取的天然色素广泛用于食品染色。近年来随着中医药产业蓬勃发展,我国栀子规范化种植规模不断扩大,但栀子抗病性较弱,易感染病虫害。栀子褐斑病是栀子常见病害之一,发病时不仅影响栀子正常生长,严重时甚至导致整棵栀子枯死。当前,栀子褐斑病常用的防治措施多为喷洒多菌灵等抑菌化学试剂。长期使用农药造成残留,不仅严重影响栀子的品质,更对生态和环境造成不可估量的损害。在病害胁迫下,体内信号传导系统感知病害侵入,植物机体产生应激反应,调节体内防御系统抵御病害,调控相关相关功能蛋白表达以发挥相应防御功能。本课题通过对栀子叶片进行不同时间的病原菌侵染,对栀子叶片生理指标进行测定,研究栀子响应褐斑病的生理变化特征,并采用扫描电镜和透射电镜对栀子叶片和病原菌互作过程中超微结构进行观察,观察超微结构变化情况。同时对不同感病时期叶片进行转录组测序,筛选栀子响应褐斑病侵染的关键基因。以期为探究栀子褐斑病病原菌侵染方式及途径,和栀子响应褐斑病病菌侵染机制,为栀子褐斑病的防治提供基础理论和依据。目的:探究褐斑病病原菌的侵染方式及途径,防御酶系统对病原菌的响应情况及栀子响应褐斑病病原菌侵染的关键基因,为后续褐斑病防治及抗病品种培育提供理论基础。(1)通过防御酶的检测揭示栀子防御酶系统对病原菌的响应。(2)利用扫描电镜和透射电镜观察病原菌侵染栀子叶片,探究病原菌的侵染途径及对叶肉细胞的影响。(3)经转录组测序分析病原菌侵染后栀子基因表达的变化进而确认栀子抗病相关基因。方法:(1)选取一年生栀子种苗叶片采用菌饼法接种病原菌葡萄座腔菌,并于0、4、12、24、48、72、96h后,测定超氧化物歧化酶SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,以及丙二醛(MDA)、脯氨酸(PRO)和可溶性糖含量。(2)取接种病原菌0、2、4、6 d后的栀子叶片进行制片,后运用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)进行观察。(3)用高通量测序技术进行转录组测序,用Seqprep和Sickl进行数据质控,利用Trinity数据库对clean reads进行从头组装,使用DESeq对各样本中基因进行差异表达分析,运用GO和KEGG数据库对得到的差异基因进行分析,利用STRING数据库对得到的三条通路进行蛋白互作网络分析,用Cytoscape对其进行网络可视化分析。结果:(1)栀子叶片在接种病原菌后0~96h期间SOD、POD、CAT均呈先上升后下降的趋势,MDA呈先下降后轻微上升的趋势,PRO、可溶性糖含量总体上呈下降的趋势。(2)扫描电镜结果发现:生理指标变化的同时超微形态也发生了相应变化,由感病初期时,菌丝附着于叶片表面并侵入叶表皮;到感病中期,菌丝在叶片内部生长扩散并突破叶表皮;再到感病后期,菌丝交错成网状覆盖于叶片表面。透射电镜结果发现:感病初期叶绿体形状由纺锤形变成椭圆形,淀粉粒数量明显增多,感染中期,少数叶细胞存在细胞壁部分溶解现象,叶绿体形状均变成圆形,嗜锇颗粒显著增多。感染后期,细胞膜与细胞壁出现质壁分离现象,细胞膜变形,部分出现破裂,叶绿体双层膜溶解破坏,分界变得模糊,甚至融为一体,类囊体片层和基质类囊体片层排列不规则,出现溶解现象。(3)用高通量测序技术进行转录组测序,以在病原菌侵染下12、24、48和72h栀子叶片为实验组,0 h为对照组。共获得680463948条clean reads。对各实验组与对照组(0 h)的测序结果进行差异分析,当与对照组(0 h)相比时,病原菌侵染12 h后,差异表达基因在四组中最多有3696个,且下调基因有2117个,上调基因有1579个。侵染1d后,差异表达基因数量在所有组别中最少仅有884个,其中407个上调,477个下调。侵染后2d后相对1d显著变化,有3208个差异基因,其中1329个上调,1879个下调。侵染3d后有2864个差异基因,其中1411个上调,1453个下调。对在四个病原菌侵染时间点后DEG进行Venn分析,比较分析显示,在所有时间点上,只有339个共同DEG,占较小一部分。总共存在6421个差异表达基因。对6421个差异表达基因进行GO和KEGG分析。栀子叶片被病原菌侵染后差异基因显著富集于苯丙烷生物合成,植物激素信号转导,淀粉和蔗糖代谢通路。应用STRING数据库对三条通路的基因分别进行蛋白互作网络分析。根据网络中各个节点联通度大小,获得互作网络的关键基因。经分析得到苯丙烷生物合成途径的关键基因为COMT1,植物信号传导通路的关键基因为AUX1,淀粉和蔗糖代谢途径的关键基因为SUS3。结论:(1)受到病原菌的侵染后,通过增加抗氧化酶的活性,来减轻并抵御病原菌的伤害。(2)扫描电镜结果发现病原菌主要通过溶解栀子叶片表皮的方式侵入叶片内部。透射电镜结果发现病原菌侵染对叶肉细胞的细胞壁、细胞膜、细胞器均有不同程度的影响,对叶绿体的影响尤为明显。因此有感病迹象出现时,应及时采取防治措施。(3)主要通过调控COMT1、AUX1、SUS3这三个基因的表达,改善植株的生长发育状况及强化细胞壁来达到抗病的作用,为后续抗病品种的培育提供理论基础。