Plant Journal | LncRNA 33732-呼吸爆发氧化酶模块与番茄-致病疫霉相互作用中的WRKY1相关

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LncRNA 33732-呼吸爆发氧化酶模块与番茄-致病疫霉相互作用中的WRKY1相关

LncRNA33732-RESPIRATORY BURST OXIDASE module associated with WRKY1 in tomato-Phytophthora infestans interactions

发表单位：大连理工大学

发表期刊：Plant Journal

影响因子：5.775

联川提供服务：RNA-seq

1研究背景

快速产生活性氧（ROS）以抑制病原体生长或诱导抗性基因表达作为植物早期防御反应中的信号分子抵抗病原体的攻击是植物自我保护的2种不同方式。植物中的ROS（如H₂O₂和O^2-）的产生与呼吸爆发氧化酶（RBOH）有关。RBOH是一种完整的膜蛋白，是NADPH氧化酶的同源物。

lncRNA是长度超过200nt的转录物，并且没有明显的编码能力。随着高通量测序的出现，已在几种植物物种中鉴定出数千种lncRNAs，在种子发育中的光形态发生、果实发育、microRNA沉默、miRNA前体和生物/非生物胁迫反应等过程中起重要作用。

由卵菌病原体致病疫霉引起的番茄晚疫病是田间生长番茄中最具破坏性的疾病之一。晚疫病被认为是番茄生产的主要威胁。之前的研究证明番茄中的WRKY基因（WRKY1）对致病疫霉感染有反应。此外，WRKY1在番茄和烟草植物中的过表达分别增强了对致病疫霉的抵抗力，这表明WRKY1是防御病原体的关键正调节剂。然而，WRKY1介导的对致病疫霉的防御的分子机制仍不清楚。

2研究目的

为了研究WRKY1是否对基因和在疾病抗性信号传导中起作用的lncRNA有影响，本研究在野生型和WRKY1过表达的番茄植株之间进行比较转录组分析以鉴定WRKY1诱导的基因和lncRNA，并分析WRKY1-lncRNA33732-RBOH-H₂O₂网络参与番茄对致病疫霉的抗性。

3研究方法

培养过表达WRKY1 (OE-WRKY1)的转基因番茄植株（具有致病疫霉抗性），取OE-WRKY1番茄植株和野生型植株的叶片来构建RNA-Seq文库，比较两种表型植株的差异表达的基因（DEG）和差异表达的lncRNA（DEL），随后进行lncRNA功能预测，启动子分析以及GO、KEGG富集分析。克隆lncRNA33732并且进行过表达处理，构建人工miRNA质粒，重组质粒利用冻融法转入农杆菌GV3101。病毒诱导的基因沉默的TRV-VIGS质粒也转入农杆菌GV3101，将农杆菌浸润到植株中后进行致病疫霉接种和番茄抗性分析。

4研究结果

通过高通量测序从WRKY1过表达番茄（OE-WRKY1）的叶片中获得测序数据并进行后续分析，共鉴定显著差异表达的基因（DEG）1073个，在OE-WRKY1样本中鉴定出199个差异表达的lncRNAs（DEL）。

分析上调DEGs和DELs启动子中的顺式调控元件，59个DEGs和22个DELs的5'-上游1kb 区域含有W-box，即WRKY1的靶序列。启动子-GUS融合和酵母单杂交测定的结果显示，WRKY1通过与其启动子中的W-box元件的序列特异性相互作用激活lncRNA33732表达。将过表达质粒转移到农杆菌菌株中，结果表明lncRNA33732表达显著增加。

在WRKY1过表达的番茄叶中，lncRNA33732的过表达导致RBOH基因表达的增加，并且lncRNA33732的沉默导致RBOH基因表达降低。为了进一步说明lncRNA33732影响RBOH基因的表达，而非WRKY1，研究人员使WRKY1过表达的番茄叶中的lncRNA33732沉默，导致RBOH基因的表达降低。这表明lncRNA33732可能影响RBOH基因的表达。

为了进一步探讨RBOH基因对番茄致病疫霉感染抗性中的可能作用，本研究对其启动子序列进行分析。结果表明，番茄中RBOH基因的沉默降低了H₂O₂的含量，导致番茄对致病疫霉的敏感性增强。而lncRNA33732可能影响RBOH基因的表达，这表明lncRNA33732可能在产生H₂O₂中具有积极作用。

图  预测WRKY1-基因-lncRNAs及其相互作用的互作网络

本研究中的RNA-seq由联川生物提供

5参考文献

Jun Cui, Ning Jiang, Jun Meng, Guanglei Yang, Weiwei Liu, Xiaoxu Zhou, Ning Ma, Xinxin Hou, Yushi Luan（2018）LncRNA33732-RESPIRATORY BURST OXIDASE module associated with WRKY1 in tomato- Phytophthora infestans interactions.Plant Journal. DOI: 10.1111/tpj.14173

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