東北地理所在大豆對(duì)線蟲抗性研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
大豆孢囊線蟲病（SCN，Heterodera glycines）是制約大豆生產(chǎn)的全球毀滅性病害之一。大豆抗病品種應(yīng)用是防治大豆孢囊線蟲病最經(jīng)濟(jì)有效的方法，然而大豆對(duì)大豆孢囊線蟲的抗性是由多基因控制并具有數(shù)量性狀的特性，但抗性背景單一，線蟲生理小種易發(fā)生變異，因此亟需開發(fā)多抗基因資源和培育多抗品種。農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組王從麗研究員團(tuán)隊(duì)在前期研究過(guò)程中篩選到一個(gè)新的大豆抗線蟲育種基因型09-138（rhg1a + Rhg4b），對(duì)毒性強(qiáng)的生理小種（SCN4）具有抗性，但對(duì)毒性弱的生理小種（SCN5）感病（Huang等，2022，Nematology），為了充分利用該抗性資源，了解其抗性機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)首次在大豆上利用三代全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（Oxford Nanopore Technology, ONT）開展了該大豆種質(zhì)對(duì)孢囊線蟲親和性（感病）和非親和性（抗病）反應(yīng)的調(diào)控機(jī)理研究。
三代全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)相比二代測(cè)序技術(shù)，無(wú)需打斷，可直接讀取全長(zhǎng)RNA分子全長(zhǎng)序列，準(zhǔn)確辨別二代測(cè)序技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別的如可變剪接（AS）、可變多聚腺苷酸化（APA）、融合基因、長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）等結(jié)構(gòu)，且可同時(shí)對(duì)基因和轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行定量分析等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)接種8天的大豆種質(zhì)09-138進(jìn)行全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及分析，共獲得6.1 GB的clean data和65,038個(gè)轉(zhuǎn)錄本序列；轉(zhuǎn)錄本去冗余后鑒定得到1117個(gè)新基因和41,096個(gè)新轉(zhuǎn)錄本；進(jìn)而對(duì)新轉(zhuǎn)錄本的序列結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不親和抗性反應(yīng)比親和性反應(yīng)產(chǎn)生更多>10-PolyA位點(diǎn)（APA）和更多得融合基因，lncRNA和防御反應(yīng)有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)聯(lián)，AS的3’和5’剪接位點(diǎn)數(shù)量接種后都發(fā)生變化，說(shuō)明這些結(jié)構(gòu)變異參與了線蟲的抗感反應(yīng)。差異表達(dá)基因（DEGs）的GO（Gene Oncology）和代謝通路KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）分析結(jié)果顯示抗感線蟲侵染后富集于生長(zhǎng)激素、生長(zhǎng)素激活信號(hào)通路和多維細(xì)胞生長(zhǎng)通路以及苯丙烷生物合成通路（圖1）；在非親和反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)更多的與應(yīng)激反應(yīng)元件（圖2）、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和植物-病原菌互作途徑相關(guān)的DEGs上調(diào)表達(dá)（圖1），而在親和性反應(yīng)中檢測(cè)到更多與細(xì)胞壁修飾和碳水化合物生物過(guò)程相關(guān)的上調(diào)基因表達(dá)；結(jié)合DEGs的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作分析首次發(fā)現(xiàn)線蟲侵染大豆根部后只有不親和反應(yīng)激起激酶MAPK/KK/KKK、轉(zhuǎn)錄因子WRKY和鈣調(diào)蛋白VQ之間互作參與抗性防御調(diào)控（模型如圖3）。本研究中獲得的AS、APA和lncRNA為植物-線蟲相互作用過(guò)程中轉(zhuǎn)錄后修飾的功能研究提供理論基礎(chǔ)，且大豆與大豆孢囊線蟲間親和性和非親和性互作的分子機(jī)制將有助于解析其他植物與線蟲互作的分子機(jī)理，進(jìn)一步的功能研究將有助于探索線蟲防治的新策略。
該研究成果于近期發(fā)表在國(guó)際期刊Frontiers in Plant Science上。黃銘慧助理研究員和姜野博士研究生為共同第一作者，李春杰研究員和王從麗研究員為共同通訊作者。該研究得到中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
論文信息：
Huang M, Jiang Y, Qin R, Jiang D, Chang D, Tian Z, Li C and Wang C. Full-Length Transcriptional Analysis of the Same Soybean Genotype With Compatible and Incompatible Reactions to Heterodera glycines Reveals Nematode Infection Activating Plant Defense Response. Frontiers in Plant Science. 2022, 13:866322.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.866322/full
圖1 抗病與感病反應(yīng)中差異表達(dá)基因的KEGG通路分析
圖2 抗病與感病反應(yīng)中差異表達(dá)基因的GO注釋
圖3 大豆孢囊線蟲侵染大豆不親和反應(yīng)激起MAPK-WRKY-VQ互作防御反應(yīng)
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