作物杂志,2024, 第3期: 32–39 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.03.005

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

转录组测序分析干旱胁迫下复合微生物菌肥对玉米幼苗抗旱性的影响

卿晨(), 刘正学(), 李彦杰()   

  1. 重庆三峡学院生物与食品工程学院,404100,重庆
  • 收稿日期:2023-01-11 修回日期:2023-03-21 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-06-18
  • 通讯作者: 刘正学,研究方向为应用微生物学,E-mail:1421031367@qq.com;李彦杰,研究方向为生物技术,E-mail:37805572@qq.com
  • 作者简介:卿晨,研究方向为农艺与种业,E-mail:2053246993@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(31270451);三峡库区水环境演变与污染防治重庆市重点实验室开放基金(WEPKL2021YB-02)

Effects of Compound Microbial Fertilizer on Drought Resistance of Maize Seedlings under Drought Stress by Transcriptome Analysis

Qing Chen(), Liu Zhengxue(), Li Yanjie()   

  1. College of Biology and Food Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, China
  • Received:2023-01-11 Revised:2023-03-21 Online:2024-06-15 Published:2024-06-18

摘要:

为探讨干旱胁迫下复合微生物菌肥对玉米幼苗抗旱性的影响,以玉米品种鄂玉16为材料,分别设置空白对照(CK)、添加解磷菌(P)、添加丛枝菌根真菌(A)和复合微生物菌肥(解磷菌+丛枝菌根真菌)(AP)4个处理,控水土培作干旱胁迫处理,取玉米叶片作生理生化指标检测及转录组测序分析。结果表明,干旱胁迫后(即第5、10和15天),丙二醛(MDA)最高为CK处理,最低为AP处理;AP处理的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均显著高于CK。整个胁迫期间,AP处理的过氧化氢酶(CAT)活性均高于CK。与CK相比,转录组测序分析检测到AP处理的玉米苗叶片中有320个差异表达基因,其中上调表达204个,下调表达116个;GO分析显示,差异表达基因富集到生物过程、细胞组分和分子功能的占比分别为34.33%、43.12%和22.55%。KEGG分析显示,差异表达基因显著富集的通路包括植物―病原互作、淀粉和蔗糖代谢、其他类型O-聚糖生物合成、玉米素生物合成、半乳糖代谢和氨基酸生物合成等。

关键词: 玉米幼苗, 干旱胁迫, 复合微生物菌肥, 转录组

Abstract:

To explore the effects of compound microbial fertilizer on drought resistance of maize seedlings under drought stress, four treatments, blank control group (CK), phosphate solubilizing bacteria addition group (P), arbuscular mycorrhizal fungi addition group (A) and compound microbial fertilizer addition group (including phosphate solubilizing bacteria and arbuscular mycorrhizal fungi) (AP), were set up respectively with maize “Eyu 16” as the material, and then subjected to drought stress treatment through soil water control. Maize leaf samples were collected for physiological and biochemical index detection and transcriptome sequencing analysis. The results showed that after drought stress treatment (i.e. the fifth, tenth and fifteenth days), the highest MDA contents in maize leaves was CK, the lowest was AP treatment, and the activities of SOD and POD in maize leaves in AP treatment were significantly higher than those in CK, and the activities of CAT in maize leaves in AP treatment were higher than those in CK treatment during stress. Compared with CK, transcriptome sequencing analysis detected 320 differentially expressed genes (DEGs) in the leaves of maize seedlings in AP treatment, including 204 up-regulated genes and 116 down-regulated genes; the results of GO analysis showed that 34.33%, 43.12% and 22.55% of DEGs were enriched in biological processes, cell components and molecular functions, respectively. The results of KEGG analysis showed that the significant enrichment pathways included plant pathogen interaction, starch and sucrose metabolism, other types of O-glycan biosynthesis, zeatin biosynthesis, galactose metabolism and amino acid biosynthesis.

Key words: Maize seedling, Drought stress, Compound microbial fertilizer, Transcriptome

表1

实时定量PCR选用基因及其引物

基因编号Gene ID 正向引物Forward primer (5′-3′) 反向引物Reverse primer (5′-3′) 产物大小Product length (bp)
Zm00001d042553 ATCAGGGAGCTGAAGGTTGC TCACTACCCGCCTTCTACCA 181
Zm00001d012391 GCGGACCTGTTGGAGTTGAT AAGGGAAGTCCAGCCATTCG 166
Zm00001d037547 AGGACCAAGTTTGCCAGGTC CAGTGAATCCTGATGGGCGG 148
Zm00001d052316 GGAGCAGGTGGAAGCCATAAA TACAAATCCACCGACCCAGA 217
Zm00001d051362 GAAACTGGGTCTACTGGGTCG CCATTCATCCAGAGCGGAGA 152
newGene_1600 AGGGAGAAGGCAAAGTGGTG GCCACTTTGGTTGGTTACGC 137
maize-GAPDH TACCGACTTCCTTGGTGACAG ATACACAAGCAGCAACCATCC 207

图1

不同处理玉米叶片生理生化指标分析 不同小写字母表示相同样品组在不同取样时间存在显著性差异(P < 0.05);“**”、“*”和“ns”分别表示不同处理在同一取样时间存在极显著性差异、显著性差异(P < 0.05)和无显著性差异(P > 0.05)。

表2

转录组测序数据统计

样本Sample ReadSum BaseSum N% GC含量GC content (%) Q20 (%) Q30 (%)
AP1 55 717 049 16 664 072 650 0 44.89 98.04 93.96
AP2 58 628 704 17 549 116 484 0 43.61 97.95 93.76
AP3 59 557 613 17 831 272 662 0 43.77 97.95 93.75
CK1 59 340 105 17 752 302 060 0 43.63 97.92 93.68
CK2 62 524 897 18 710 041 996 0 43.78 98.10 94.15
CK3 62 101 920 18 587 242 720 0 43.95 97.94 93.75

图2

样本散点图 FPKM:每百万个map上的reads中map到外显子的每千个碱基上的fragment个数,用于衡量转录本或基因表达水平。

表3

差异表达基因总数及注释数量

类型
Type
数量
Number
总数
Total
注释的差异表达基因数量Number of annotated differentially expressed genes
COG GO KEGG KOG NR Pfam Swiss-Prot eggNOG
上调表达Up-regulated 204 320 100 244 197 140 303 253 224 255
下调表达Down-regulated 116

图3

差异表达基因GO功能富集分析

图4

差异表达基因富集排名前20的KEGG代谢通路

图5

差异表达基因的qPCR验证

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