近日，中國農業(yè)科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊在植物學知名期刊《植物生物技術雜志（Plant Biotechnology Journal）》上發(fā)表題為“Multilayer regulatory landscape during pattern-triggered immunity in rice”的研究論文。該研究通過多組學策略，系統(tǒng)解析了水稻抗病過程中的PTI響應機制，對深入理解植物抗病過程，以及指導水稻抗病育種具有重要意義。
植物進化出了復雜的防御機制來防止病原真菌和細菌侵染。植物的防御系統(tǒng)包括病原相關分子模式觸發(fā)的免疫（PTI）和效應子觸發(fā)的免疫（ETI）。其中，PTI介導的防御由病原相關分子模式（PAMP）誘導，如真菌來源的幾丁質（chitin）和細菌來源的flg22。這些PAMPs由特定受體識別，激活下游信號通路，誘導一系列分子和生理生化反應，統(tǒng)稱為病原相關分子模式觸發(fā)的免疫（PTI）。截至目前，已有一些報道采用單一或兩種組合的組學策略研究植物的PTI響應機制（包括轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學等），但采用多組學策略整合研究PTI過程的較少。另外，大多數(shù)關于PTI響應過程的組學分析都集中于雙子葉植物擬南芥，研究結論可能不適用于水稻和其他單子葉植物。
在本研究中，研究人員整合了代謝組、轉錄組、蛋白質組、泛素化組和乙?；M數(shù)據，闡明了水稻對真菌和細菌的PAMPs（chitin和flg22）的PTI響應機制。研究發(fā)現(xiàn)chitin觸發(fā)的PTI反應在轉錄和翻譯水平上與flg22更為相似，但在翻譯后修飾水平和代謝水平上比flg22反應不同且更為強烈。在chitin和flg22誘導的差異表達基因中發(fā)現(xiàn)了許多防御相關基因，包括編碼RLK、MAPK和CDPKs的基因、轉錄因子、激素信號成分和次級代謝基因。有趣的是，多組學研究揭示了一些關鍵的生長防御平衡主調節(jié)基因（包括OsALDH2B1、BSRD1、GRF9、HD16、DWARF11、GLW7/SPL13和EBR1等）可能在水稻PTI響應過程中介導生長-抗病之間的平衡。對水稻轉錄組和蛋白質組的進一步整合分析發(fā)現(xiàn)，兩種PAMP處理的mRNA和蛋白質豐度之間存在不一致的情況。泛素化組學和乙?；M學分析發(fā)現(xiàn)，蛋白質翻譯后修飾調節(jié)可能在這種差異中發(fā)揮關鍵作用。
通過繪制代謝物和調控變化圖，系統(tǒng)總結了PTI過程中糖酵解/糖異生、苯丙烷合成、類黃酮生物合成和亞油酸相關途徑中的多層次調控機制。研究表明，水稻中的亞油酸代謝和α-亞麻酸代謝途徑很可能受到flg22的特異性誘導。此外，與脂類、萜類（二萜類、倍半萜類和三萜類生物合成）和維生素（生物素代謝和核黃素代謝）相關的途徑可能也是flg22特異的PTI反應。該研究通過多組學分析構建了多層次水稻PTI響應過程調控圖譜，為深入解析水稻抗病過程中的PTI響應機制提供了重要參考和資源。
中國農業(yè)科學院植物保護研究所劉文德研究員和華中農業(yè)大學植物科學技術學院陳小林副教授為本文的共同通訊作者。中國農業(yè)科學院（深圳）農業(yè)基因組研究所周紹群博士等參與了相關工作。研究得到中國農業(yè)科學院農業(yè)科技創(chuàng)新工程的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13688
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