中國(guó)科學(xué)院東北地理所在大豆對(duì)線蟲(chóng)抗性研究中取得進(jìn)展

　　大豆孢囊線蟲(chóng)?。⊿CN，Heterodera glycines）是制約大豆生產(chǎn)的病害之一。大豆抗病品種應(yīng)用是防治大豆孢囊線蟲(chóng)病最經(jīng)濟(jì)有效的方法，然而大豆對(duì)大豆孢囊線蟲(chóng)的抗性是由多基因控制并具有數(shù)量性狀的特性，抗性背景單一，線蟲(chóng)生理小種易發(fā)生變異，因此亟需開(kāi)發(fā)多抗基因資源和培育多抗品種。中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田有害生物控制學(xué)科組研究員王從麗團(tuán)隊(duì)在前期研究過(guò)程中篩選出一個(gè)新的大豆抗線蟲(chóng)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?。℉uang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(kāi)展了該大豆種質(zhì)對(duì)孢囊線蟲(chóng)親和性（感?。┖头怯H和性（抗?。┓磻?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)，并且可同時(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)一步對(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(chóng)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(chóng)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；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)，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(chóng)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。研究獲得的AS、APA和lncRNA為植物-線蟲(chóng)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)，并且大豆與大豆孢囊線蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)防治的新策略。

 

　　相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Frontiers in Plant Science上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。