學(xué)院?jiǎn)涡l(wèi)星教授團(tuán)隊(duì)在馬鈴薯晚疫病研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

近日，單衛(wèi)星教授團(tuán)隊(duì)在Horticulture Research在線發(fā)表了題為“Genome-wide DNA methylation landscape and its association with the transcriptome reprogramming in potato in response to Phytophthora infestans infection”的研究論文。該研究揭示了馬鈴薯在致病疫霉侵染早期的全基因組DNA甲基化動(dòng)態(tài)變化模式，以及甲基化變化與該過(guò)程轉(zhuǎn)錄重編程之間的相關(guān)性。

馬鈴薯是重要的糧菜兼用作物，對(duì)保障糧食安全具有重要意義。由致病疫霉引起的晚疫病嚴(yán)重限制其生產(chǎn)。19世紀(jì)40年代，晚疫病席卷愛(ài)爾蘭，導(dǎo)致以馬鈴薯為主食的愛(ài)爾蘭人口死亡上百萬(wàn)。直到目前該病仍然是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)定的全球重大農(nóng)作物病害之一，每年造成損失約100億美元。DNA甲基化是最重要的表觀調(diào)控機(jī)制之一，在植物免疫中發(fā)揮著重要作用，與免疫響應(yīng)過(guò)程的基因表達(dá)變化，以及逆境下基因組穩(wěn)定性密切相關(guān)。

該研究以中國(guó)國(guó)內(nèi)種植面積領(lǐng)先的馬鈴薯品種“青薯9號(hào)”為對(duì)象，采集田間分離的致病疫霉侵染馬鈴薯葉片（圖1a），利用全基因組Bisulfite-seq和RNA-seq，分析了植物在致病疫霉侵染早期的基因組DNA甲基化動(dòng)態(tài)變化及基因表達(dá)變化，并探究了兩者間的關(guān)聯(lián)性。研究首先揭示了轉(zhuǎn)錄重編程相關(guān)差異基因（DEG）變化規(guī)律及其影響的生物學(xué)通路。結(jié)果表明部分參與水楊酸、乙烯信號(hào)傳導(dǎo)、病程相關(guān)（PR）基因，以及DNA甲基化調(diào)控基因在早期感染階段表現(xiàn)出激活，但在植物壞死開(kāi)始后則快速下調(diào)。DNA甲基化表現(xiàn)為早期的下調(diào)，以及隨后出現(xiàn)的上調(diào)，CHH甲基化是影響DNA甲基化模式的主要因素（圖1b）。侵染后期差異甲基化位點(diǎn)在基因區(qū)域顯著富集（圖1c, d）。特別是，DNA甲基化變異可能與隨后的轉(zhuǎn)錄變化相關(guān)，以及甲基化與基因表達(dá)間的關(guān)聯(lián)受序列類型（CG、CHG、CHH）、甲基化差異位點(diǎn)區(qū)域（exon、intron、promoter、downstream）等因素影響。此外，發(fā)現(xiàn)NB-LRR基因的外顯子中低甲基化變化顯著富集，這與它們?cè)谇秩竞笃诘南抡{(diào)相關(guān)（圖1f）。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)青薯9號(hào)在未侵染時(shí)即表現(xiàn)出較高的抗病基因表達(dá)，這與其抗性特點(diǎn)可能相關(guān)(圖1e, f)。該工作闡明了馬鈴薯在致病疫霉侵染后的DNA甲基化變化模式，并明確了表觀遺傳機(jī)制參與轉(zhuǎn)錄組重編程調(diào)控，這些變化與免疫的下調(diào)以及晚疫病的發(fā)展相關(guān)。

圖 1 馬鈴薯在致病疫霉侵染過(guò)程的DNA甲基化變化與抗病基因表達(dá)變化

農(nóng)學(xué)院馬鈴薯抗病與生物育種團(tuán)隊(duì)田鵬副教授為論文第一作者兼共同通訊作者，單衛(wèi)星教授為論文最終通訊作者。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD2302100），西北農(nóng)林科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)（Z1090122063），廣東省植物表觀遺傳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（GPKLPE202414），以及國(guó)家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS‐09）等經(jīng)費(fèi)資助。

論文鏈接https://doi.org/10.1093/hr/uhaf297