東北地理所在DNA甲基化參與調控大豆與大豆胞囊線蟲互作的表觀遺傳研究方面取得進展
大豆胞囊線蟲(Soybean cyst nematode, SCN; Heteroderaglycines)病是引起大豆減產最嚴重的病害之一，深入研究大豆-線蟲互作機制對提出新的病害防控策略和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）是一種非常重要的表觀遺傳標記，在植物生長發育及響應各種生物或非生物脅迫過程中發揮著重要調控作用。最近研究結果表明，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），并且基因功能研究進一步揭示，某些特定基因的DNA甲基化狀態變化直接參與了植物與胞囊線蟲互作的調控（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控植物適應性響應中均發揮重要作用。然而，在SCN與寄主大豆互作中是否也存在DNA甲基化對于miRNA基因表達的調控作用尚未研究。
本研究以對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了SCN侵染過程中NIL-S、NIL-R根內受DNA甲基化調控的miRNA基因的差異表達變化。在感病系NIL-S中共鑒定到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、及miR2107-ch16在NIL-S、NIL-R中表現出截然相反DNA甲基化狀態。另外，兩個miR5770家族成員miR5770a和miR5770b在NIL-S中被高度甲基化，而在NIL-R中則DNA甲基化水平顯著降低，表明這些miRNA基因在SCN與寄主的兼容性、非兼容性反應中發揮生理作用可能與DNA甲基化密切相關。進一步基因表達分析證實，SCN侵染時miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770a/b的甲基化狀態變化會顯著改變它們在抗、感品系內的基因表達水平，最終引起靶標基因受到進一步的轉錄調控。利用大豆發根轉化系統在NIL-S中異源表達miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770b后能不同程度提高大豆對SCN的抗性。綜上，本研究揭示了miRNA基因的DNA甲基化動態修飾在大豆與胞囊線蟲互作過程中具有重要的調控作用。
該研究成果于2020年在國際期刊Molecular plant-microbe interactions上發表，中科院東北地理所胡巖峰副研究員為該論文的共同第一作者，田納西大學TarekHewezi博士為論文通訊作者。
論文信息：
AditiRambani#, Yanfeng Hu#, SarbottamPiya, Miao Long, J. Hollis Rice, Vince Pantalone, Tarek Hewezi.(2020). Identification of differentially methylated miRNA genes during compatible and incompatible interactions between soybean and soybean cyst nematode. Molecular plant-microbe interactions, DOI:10.1094/MPMI-07-20-0196-R
圖1大豆胞囊線蟲侵染后大豆近等系中發生DNA甲基化的miRNAs熱圖
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