（未发布）比较转录组分析显示miR482b调节的防御反应网络 | 用户文章

文章信息

比较转录组分析显示miR482b调节的防御反应网络

Comparative transcriptome analysis shows the defense response networks regulated by miR482b

发表期刊：Plant Cell Reports

影响因子： 2.989

发表单位：大连理工大学

技术手段：RNA‑Seq（联川生物提供）

研究背景

病原体感染会导致番茄产量减少，在这些病原体中，致病疫霉是番茄晚疫病（LB）的致病因子，给番茄种植带来严重的经济损失。病原体感染后，植物激素如茉莉酸（JA），乙烯（ET）和水杨酸（SA）在植株中合成，它们作为调节植物免疫的主要信号以激活有效的防御反应。

miRNA是20-24nt的非编码RNA，其在转录和转录后调控植物各种生物学过程中的基因表达。近年来，已发现一些miRNA在植物生物应激反应中起关键作用。MiR482可以使NBS-LRR基因家族的成员沉默。NBS-LRR蛋白是一种抗病（R）蛋白，参与植物天然免疫系统的效应触发免疫（ETI）。miR482-NBS-LRR网络参与植物—病原体相互作用。

本课题组之前的研究发现miR482b通过抑制NBS-LRR基因表达来增强番茄对致病疫霉的敏感性。miR482b除了沉默参与植物—病原体相互作用的NBS-LRR基因的能力之外，它是否能够影响番茄对致病疫霉抗性的其他途径尚未确定。

研究方法

本研究使用RNA-Seq来研究miR482b过表达和野生型（WT）番茄植株之间的基因表达差异。对基因表达的基因进行鉴定和注释。GO和KEGG富集分析表明，miR482b抑制植物—病原体相互作用途径，产生JA和ET的途径以及MAPK途径，以增强番茄对致病疫霉的易感性。

取材： 过表达miR482b（OE1）和过表达NBS-LRR（OEN）番茄植株的构建（NBS-LRR：Soly02g036270.2，miR482b的靶基因）。构建完成后，在植株的第5-6叶阶段用致病疫霉孢子悬浮液接种，在感染后的第0,1,2,3和4天（dpi）收集叶样品。将所有样品在液氮中快速冷冻并储存在-80℃备用。

研究结果

本研究对过表达miR482b和野生型番茄植株的转录组谱进行了比较，与野生型相比，过表达miR482b番茄植株中总共746个基因显著差异表达，其中132个上调，614个下调。GO和KEGG富集分析显示，植物-病原体相互作用过程中MAPK途径以及与JA和ET生物合成相关的途径受到miR482b的影响。

研究发现编码α-亚麻酸代谢、半胱氨酸和甲硫氨酸代谢的酶的基因在过表达miR482b的番茄植株中低表达，而NBS-LRR的过表达则诱导这些基因高表达。下调半胱氨酸和甲硫氨酸代谢、α-亚麻酸代谢可分别抑制ET和JA的生物合成。鉴于ET和JA是在调节植物防御信号网络中起关键作用的原型防御激素，半胱氨酸和蛋氨酸代谢、α-亚麻酸代谢途径的富集可以揭示miR482b-NBS-LRR增强番茄对致病疫霉敏感性的分子机制。

RNA-Seq和qRT-PCR的结果显示MAPK信号传导途径中的基因在过表达miR482b的番茄中以较低水平表达，而在过表达NBS-LRR的番茄中表达量增加。在植物-病原体相互作用过程中，MAPK级联在JA，ET，ROS和钙信号通路的下游起作用，并调节防御相关基因如PR，PDF和WRKY的表达。

本研究结果表明miR482b是防御反应网络的重要组成部分，这也将有助于鉴定参与植物-病原体相互作用的候选基因。

图1  GO和KEGG富集分析差异表达的基因 

研究讨论

根据以上数据，本研究提出了一个模型来解释miR482b如何赋予番茄对致病疫霉感染的敏感性。除了由miR482b引起NBS-LRR表达减少外，miR482b的过表达可抑制α亚麻酸代谢，半胱氨酸和蛋氨酸代谢，以及与JA、ET、ROS和钙信号识别蛋白产生相关的植物-病原体相互作用的途径，从而通过影响MAPK级联降低许多防御相关基因的表达。此外，miR482b还可以直接抑制MAPK信号传导途径以减少与防御相关的基因表达。所有这些行为最终将使番茄植株更容易受到致病疫霉的感染。

图2 番茄中miR482b—NBS-LRR调节网络（红色箭头表示抑制，黑色箭头表示激活）

本研究中的RNA-Seq由联川生物提供

参考文献

Ning Jiang, Jun Cui, Guanglei Yang, Jun Meng, Yushi Luan. Comparative transcriptome analysis shows the defense response networks regulated by miR482b. Plant Cell Reports. 2018, DOI: 10.1007/s00299-018-2344-z (5-year IF =2.992)

相关阅读推荐