東北地理所在大豆孢囊線蟲誘導大豆RNA甲基化以增強大豆防御反應研究取得重要進展
大豆孢囊線蟲（SCN，Heterodera glycines）是全球范圍內影響大豆產量的主要病害之一，每年造成巨大的經濟損失。N6-甲基腺苷（m6A）表觀遺傳修飾作為RNA水平上的重要調控機制，能調節(jié)多種細胞生物過程，在植物抗病和感病反應中的作用越來越受到重視。然而，關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，均尚不清楚。
近日，東北地理所農田有害生物學科組李春杰研究團隊采用先進的m6A測序和RNA測序技術，探討了m6A修飾對基因表達和植物防御反應的影響。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。結果表明，大豆孢囊線蟲侵染高抗品種后，上調和下調差異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）。該結果說明SCN的4號生理小種侵染抗病種質后能夠抑制大豆m6A甲基化修飾。結合轉錄組分析差異表達基因（DEGs）發(fā)現(xiàn)，關鍵的抗性和防御相關基因顯示出上調表達和甲基化被抑制，包括抗性R基因、受體激酶和轉錄因子等重要調控元件。相反，在高感品種中，與感病性相關基因的表達增加且甲基化減少，包括霉菌位點O樣蛋白（MLO）和影響防御機制的調控元件。通過對重疊的DMPs/DEGs基因的GO/KEGG富集分析，結合蛋白質-蛋白質相互作用，構建了抗病反應中的關鍵調控網絡模型（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。在抗病反應中，SCN侵染抑制了甲基化反應，卻促進了與細胞受體激酶相關基因和抗性基因的表達。該調控網絡模型（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防御相關膜受體和抗性基因的表達。甲基化模式與基因表達之間的動態(tài)相關性進一步解釋了大豆對SCN的抗感機制。此外，研究還揭示了m6A修飾、可變剪接、microRNA和基因調控之間的復雜相互作用可能共同調控大豆的抗感反應。以上研究結果不僅有助于深入理解植物-線蟲互作機制，還為開發(fā)新的線蟲防控策略提供了重要的理論基礎。
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（DEGs）的差異
圖２ SCN侵染的細胞反應與防御基因相關的蛋白質-蛋白質互作模型
研究成果近期發(fā)表在國際農林科學期刊《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。研究得到中國科學院先導專項（XDA24010307）和國家自然科學基金（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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