東北地理所在大豆孢囊線蟲誘導(dǎo)大豆RNA甲基化以增強(qiáng)大豆防御反應(yīng)研究取得重要進(jìn)展
大豆孢囊線蟲（SCN，Heterodera glycines）是全球范圍內(nèi)影響大豆產(chǎn)量的主要病害之一，每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。N6-甲基腺苷（m6A）表觀遺傳修飾作為RNA水平上的重要調(diào)控機(jī)制，能調(diào)節(jié)多種細(xì)胞生物過程，在植物抗病和感病反應(yīng)中的作用越來越受到重視。然而，關(guān)于病原物侵染過程中抗病和感病品種的m6A甲基化修飾發(fā)生了怎樣的動態(tài)變化，以及這種修飾反過來怎樣影響植物的防御反應(yīng)，均尚不清楚。
近日，東北地理所農(nóng)田有害生物學(xué)科組李春杰研究團(tuán)隊采用先進(jìn)的m6A測序和RNA測序技術(shù)，探討了m6A修飾對基因表達(dá)和植物防御反應(yīng)的影響。通過對大豆高抗品種和高感品種的對比研究，明確了m6A甲基化在大豆孢囊線蟲病抗感基因型中的分布及動態(tài)變化。結(jié)果表明，大豆孢囊線蟲侵染高抗品種后，上調(diào)和下調(diào)差異m6A峰（DMPs）的比例是1:22（205:4495）；而在感病品種中，其比例接近1:1（1662:1774）（圖1）。該結(jié)果說明SCN的4號生理小種侵染抗病種質(zhì)后能夠抑制大豆m6A甲基化修飾。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析差異表達(dá)基因（DEGs）發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵的抗性和防御相關(guān)基因顯示出上調(diào)表達(dá)和甲基化被抑制，包括抗性R基因、受體激酶和轉(zhuǎn)錄因子等重要調(diào)控元件。相反，在高感品種中，與感病性相關(guān)基因的表達(dá)增加且甲基化減少，包括霉菌位點(diǎn)O樣蛋白（MLO）和影響防御機(jī)制的調(diào)控元件。通過對重疊的DMPs/DEGs基因的GO/KEGG富集分析，結(jié)合蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，構(gòu)建了抗病反應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型（圖2）。在抗病品種中，有19個DMPs/DEGs互作，而感病品種中只有6個DMPs/DEGs互作。在抗病反應(yīng)中，SCN侵染抑制了甲基化反應(yīng)，卻促進(jìn)了與細(xì)胞受體激酶相關(guān)基因和抗性基因的表達(dá)。該調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型（圖2）揭示了SCN侵染能夠抑制大豆m6A甲基化修飾，從而提高SCN防御相關(guān)膜受體和抗性基因的表達(dá)。甲基化模式與基因表達(dá)之間的動態(tài)相關(guān)性進(jìn)一步解釋了大豆對SCN的抗感機(jī)制。此外，研究還揭示了m6A修飾、可變剪接、microRNA和基因調(diào)控之間的復(fù)雜相互作用可能共同調(diào)控大豆的抗感反應(yīng)。以上研究結(jié)果不僅有助于深入理解植物-線蟲互作機(jī)制，還為開發(fā)新的線蟲防控策略提供了重要的理論基礎(chǔ)。
圖１ 抗感大豆品種在SCN侵染3d后的m6A甲基化峰（DMPs）和基因表達(dá)（DEGs）的差異
圖２ SCN侵染的細(xì)胞反應(yīng)與防御基因相關(guān)的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作模型
研究成果近期發(fā)表在國際農(nóng)林科學(xué)期刊《Phytopathology》上，東北地理所已畢業(yè)博士研究生秦瑞峰為論文第一作者，項(xiàng)目正高級工程師李春杰和特聘研究員王從麗為共同通訊作者。研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA24010307）和國家自然科學(xué)基金（32272501）聯(lián)合資助。
論文信息：
Ruifeng Qin, Minghui Huang, Ye Jiang, Dan Jiang, Doudou Chang, Yifan Xie, Yuewen Dou, Lili Wu, Liuli Wei, Mingze Wang, Zhongyan Tian, Chunjie Li,* Congli Wang*. N6-Methyladenosine (m6A) Sequencing Reveals Heterodera glycines-Induced Dynamic Methylation Promoting Soybean Defense. Phytopathology, 2024, 114:1612-1625.
論文鏈接：https://apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/PHYTO-12-23-0474-R
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