Transcriptome analysis of two strawberry cultivars to identify candidate genetic factors contributing to difference in resistance to Botrytis cinerea

Abstract

Strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) is an economically important crop, but has easily perishable property, resulting in severe postharvest losses. Grey mold (Botrytis cinerea) is one of the most devastating pathogens causing postharvest decay in strawberry. Comparative transcriptome analysis was conducted to find differences in gene expression between grey mold resistant Sunnyberry and susceptible Kingsberry strawberry cultivars. Differentially expressed genes related to cell walls, defense responses, antioxidant systems, and cuticles were analyzed at the immature-green and mature-red stages. Genes involved in lignin biosynthesis and alkane type ii wax biosynthesis were expressed higher in Sunnyberry. On the other hand, pathogenesis-related proteins encoding genes, R genes, and genes related to antioxidant systems were expressed higher in Kingsberry. Investigation of gene expression with and without inoculation with B. cinerea revealed that mature-red stage fruit resist to B. cinerea mainly by strengthening of hemicellulose structure and R genes. Hemicellulose strengthening were not significantly different in two cultivars and R genes were induced more in Kingsberry. Total phenolic content and antioxidant activity was higher in Kingsberry after inoculation at the immature-green stage, but not at the mature-red stage. In conclusion, physical barriers might be associated with the delay of B. cinerea penetration into the cell wall in Sunnyberry, while once B. cinerea penetrate into the fruit, defense responses using R genes are induced more actively in Kingsberry than in Sunnyberry.

딸기(Fragaria × ananassa Duch.)는 중요한 원예 작물이지만, 쉽게 부패가 발생하는 특징으로 인해 수확 후 손실이 심각하다. 회색 곰팡이(Botrytis cinerea)는 딸기에서 수확 후 부패를 일으키는 파괴적인 병원체 중 하나이다. 회색 곰팡이에 저항성이 높은 딸기 품종 써니베리와 저항성이 낮은 딸기 품종 킹스베리의 유전자 발현의 차이를 알아보기 위해 비교 전사체 분석을 시행하였다. 초록색 미숙과 단계의 과실과 적숙과 단계의 과실에서 세포벽, 방어 작용, 항산화 시스템, 그리고 큐티클과 관련된 차등 발현 유전자를 분석하였다. 리그닌 생합성 및 알케인 유형의 왁스 생합성에 관여하는 유전자는 대부분 써니베리에서 높게 발현되었다. 반대로, 병 저항성 관련 유전자와 항산화 시스템 관련 유전자는 대부분 킹스베리에서 높게 발현되었다. 회색 곰팡이를 접종한 뒤 유전자 발현을 조사했을 때, 적숙과는 방어 작용으로서 주로 헤미셀룰로오스 구조의 강화와 병 저항성 유전자를 이용하며, 이들을 이용한 방어 작용이 킹스베리에서 더 높게 나타나거나 두 품종 간의 발현 정도에 있어서 차이가 없었다. 총 페놀 물질 함량과 항산화 능력은 회색 곰팡이 접종 후 초록색 미숙과 단계에서는 킹스베리에서 더 높았으나, 적숙과 단계에서는 두 품종 간에 차이가 없었다. 결과적으로, 써니베리는 세포벽과 큐티클층을 포함하여 강력한 물리적 방어막을 이용해 회색 곰팡이의 침입을 지연시킨다면, 회색 곰팡이가 침입한 뒤에는 회색 곰팡이의 공격에 킹스베리가 더 활발한 방어 작용을 나타내는 것으로 생각된다.