Transkriptomanalys för identifiering av resistensgener mot törskate hos tall
395
Resultat
Omfattande angrepp av törskate hotar stora områden med tallskog i norra Sverige. Projektet syftar långsiktigt till att utveckla molekylära markörer för törskateresistens genom transkriptomanalys. Sekvensdata karterades med god kvalitet, och över hundra gensekvenser identifierades vars uttryck skiljde sig signifikant mellan inokulerade och icke-inokulerade tallplantor eller mellan plantor med resistenta respektive mottagliga föräldrar, flera med likhet med kända resistensgener.
Omfattande angrepp av törskate, som orsakas av rostsvamparna och , hotar stora områden med tallskog i norra Sverige. Situationen är mycket problematiskt eftersom man inte känner till några effektiva skötselåtgärder för att kontrollera sjukdomen. Man har dock visat att det finns genetiskt betingad resistens mot törskatesvampen som skulle kunna utnyttjas för att förädla fram mer motståndskraftig tall. Detta projekts långsiktiga mål är att utveckla molekylära markörer för törskateresistens som kan användas i markörbaserat urval. Med hjälp av transkriptomanalys studerar vi genuttryck för att hitta gener som kan ligga bakom resistens mot törskatesvampen. Genom att sekvensera och kvantifiera alla genprodukter som uttrycks i både resistenta och mottagliga tallplantor när de infekterats med törskatesvamp vill vi kartlägga de gener som är aktiva i försvarsreaktionerna.
Vi har tidigare utfört ett infektionsförsök på tallplantor med Plantorna var avkommor från korsningar (utförda av Torgny Persson på Skogforsk) mellan resistenta x resistenta och mellan mottagliga x mottagliga tallar. För att analysera genuttryck i stamvävnad efter inokulering användes sekvenseringsmetoden RNA-seq. Dessa sekvensdata har legat till grund för transkriptomanalyserna i detta projekt. Som referens användes ett tillgängligt transkriptom-dataset för . Bioinformatiska analysprogram har använts för att analysera skillnader i genuttryck mellan tallplantor med resistenta respektive mottagliga föräldrar, samt mellan inokulerade plantor och icke-inokulerade kontrollplantor för att kunna identifiera de genprodukter och bakomliggande gener som skiljer sig åt i uttryck.
Sekvensdata var av genomgående god kvalitet och 19-81 miljoner sekvenser per prov (81-87%) kunde karteras gentemot referenstranskriptomet. Vid analys av skillnader i genuttryck, genom upp- eller nedreglering, identifierades ett drygt hundratal gensekvenser vars uttryck skiljde sig signifikant mellan inokulerade och icke-inokulerade tallplantor eller mellan plantor med resistenta respektive mottagliga föräldrar. Bland dessa gensekvenser fanns flera som har en uppbyggnad som liknar kända resistensgener i andra arter. Sådana kandidatgener för resistens är speciellt intressanta att gå vidare med och undersöka i ett större tallmaterial. Detta projekt har resulterat i en första identifiering av gener hos som potentiellt kan vara aktiva i försvarsreaktionerna mot törskatesvampen. Ytterligare dataanalyser kommer att utföras och resultaten kommer att publiceras i en vetenskaplig tidskrift.
Extensive attacks of blister rust, caused by the rust fungi and , threaten large areas of pine forest in northern Sweden. The situation is very problematic since there are no effective management measures to control the disease. It has, however, been shown that there is genetically inherited resistance to the blister rust which could be used in breeding for more resistant pines. The long-term goal of this project is to develop molecular markers for blister rust resistance that can be used in marker-assisted selection. Using transcriptome analysis, we study gene expression to investigate which genes can underlie resistance to the blister rust. By sequencing and quantifying all gene products that are expressed in both resistant and susceptible pine plants when they are infected with the blister rust fungus, we want to map the genes that are active in the defense reactions.
We previously carried out an infection experiment with Scots pine plants and . The pine plants were offspring from crossings (made by Torgny Persson at Skogforsk) between resistant x resistant and susceptible x susceptible pine trees. To analyze gene expression in stem tissue after inoculation the RNA-seq sequencing method was used. This sequence data has been the basis for the transcriptome analyzes in this project. As a reference an available transcriptome dataset for was used. Bioinformatic analysis programs have been used to analyze differences in gene expression between pine plants with resistant and susceptible parents, as well as between inoculated plants and non-inoculated control plants, in order to be able to identify the gene products and underlying genes that differ in expression.
Sequence data were of consistently good quality and 19-81 million sequences per sample (81-87%) could be mapped against the reference transcriptome. When analyzing differences in gene expression, by up or down regulation, we identified more than hundred gene sequences whose expression differed significantly between inoculated pine plants and non-inoculated or between plants with resistant and susceptible parents respectively. Among these gene sequences, several that had a structure similar to known resistance genes in other plant species were found. Such candidate resistance genes are particularly interesting to go on with and investigate in a larger pine material. This project has resulted in a first identification of genes in that may potentially be active in the defense reactions to the blister rust fungus. Further data analysis will be done and the results will be published in a scientific journal.