大豆胞囊線蟲（Soybean cyst nematode, SCN; Heteroderaglycines）病是引起大豆減產(chǎn)的病害之一，研究大豆-線蟲互作機制對提出新的病害防控策略、培育抗胞囊線蟲病的大豆新品種具有重要意義。DNA甲基化（DNA methlation）是一種表觀遺傳標記，在植物生長發(fā)育及響應(yīng)各種生物或非生物脅迫過程中發(fā)揮調(diào)控作用。研究表明，胞囊線蟲侵染會引起寄主植物基因組DNA甲基化的改變（Rambani et al., 2015; Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020），基因功能研究揭示，某些特定基因的DNA甲基化狀態(tài)變化直接參與植物與胞囊線蟲互作的調(diào)控（Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020）。因此，寄主植物DNA甲基化模式的改變可能在線蟲寄生和調(diào)控植物適應(yīng)性響應(yīng)中均發(fā)揮作用。然而，在SCN與寄主大豆互作中是否也存在DNA甲基化對于miRNA基因表達的調(diào)控作用尚未研究。
該研究以對SCN有顯著抗、感差異的大豆近等基因系（NIL-S和NIL-R）為材料，在全基因組水平鑒定并分析SCN侵染過程中NIL-S、NIL-R根內(nèi)受DNA甲基化調(diào)控的miRNA基因的差異表達變化。在感病系NIL-S中共鑒定出82個甲基化的miRNA基因，而在抗病系NIL-R中僅有16個miRNA基因受到DNA甲基化修飾。其中，miR5032、miR5043、miR1520b和miR2107-ch16在NIL-S、NIL-R中表現(xiàn)出相反的DNA甲基化狀態(tài)。此外，兩個miR5770家族成員miR5770a和miR5770b在NIL-S中被高度甲基化，而在NIL-R中DNA甲基化水平則顯著降低，表明這些miRNA基因在SCN與寄主的兼容性、非兼容性反應(yīng)中發(fā)揮生理作用可能與DNA甲基化相關(guān)。基因表達分析證實，SCN侵染時，miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770a/b的甲基化狀態(tài)變化會改變它們在抗、感品系內(nèi)的基因表達水平，引起靶標基因受到進一步的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。利用大豆發(fā)根轉(zhuǎn)化系統(tǒng)在NIL-S中異源表達miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770b，可不同程度提高大豆對SCN的抗性。該研究揭示miRNA基因的DNA甲基化動態(tài)修飾在大豆與胞囊線蟲互作過程中具有重要調(diào)控作用。
相關(guān)研究成果以Identification of differentially methylated miRNA genes during compatible and incompatible interactions between soybean and soybean cyst nematode為題，發(fā)表在Molecular plant-microbe interactions上（DOI:10.1094/MPMI-07-20-0196-R）。中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所副研究員胡巖峰為論文的共同第一作者，美國田納西大學博士TarekHewezi為論文通訊作者。
大豆胞囊線蟲侵染后大豆近等系中發(fā)生DNA甲基化的miRNAs熱圖
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