青稞抗条纹叶枯病资源筛选及转录组学分析揭示抗病分子机制

本研究针对青藏高原青稞（Hordeum vulgare var. nudum）生产受条纹叶枯病（Pyrenophora graminea）严重威胁的问题，通过抗性资源筛选、形态学观察和转录组分析，鉴定出抗病材料ZYM2179与感病材料Chaiqing No.1，发现抗病品种中Rboh和RbohD基因显著上调，调控活性氧（ROS）产生和植物-病原互作通路，为抗病育种提供理论依据。

　　

青藏高原是我国青稞（Hordeum vulgare var. nudum）的主产区，但条纹叶枯病（Barley leaf stripe）这一种传真菌病害严重威胁着青稞的生产，常年导致约10%的产量损失，严重时甚至高达25%。该病由Pyrenophora graminea引起，是一种系统性侵染病害，且病原菌遗传变异大，导致许多青稞种质资源抗性丧失。因此，筛选抗病资源、挖掘抗病基因并解析其分子机制，对于青稞抗病育种和产业健康发展具有重要意义。

为应对这一挑战，Long等人在《BMC Plant Biology》上发表了一项研究，通过室内抗病性筛选、形态学观察和转录组分析，系统研究了青稞对P. graminea的抗性机制。他们从28份青稞种质资源中筛选出抗病材料ZYM2179和感病材料Chaiqing No.1，利用高致病力菌株L-7进行接种，在不同时间点（0、6、12、24、36小时 after inoculation, hai）进行WGA-AF488染色形态观察和RNA-seq分析，揭示了抗感材料在病原侵染过程中的基因表达差异和关键通路激活情况。

研究主要采用了以下几项关键技术方法：一是利用室内人工接种鉴定方法进行抗性筛选，采用液体接种法，使用高致病力菌株L-7和FS-18；二是通过WGA-AF488染色和荧光显微镜观察病原菌侵染过程；三是利用RNA-seq技术对接种后不同时间点的样本进行转录组测序，并进行GO和KEGG富集分析；四是采用RT-qPCR对10个候选抗病基因进行表达验证。所有青稞种子来自国家作物种质资源库青海复份库，病原菌菌株分离自青海贵南县青稞田间病叶。

Results and analysis

通过病原菌致病力测试，从9个P. graminea分离株中筛选出高致病力菌株L-7，其接种感病材料后发病率达50%。利用L-7和FS-18对28份青稞种质进行抗性筛选，鉴定出抗病资源ZYM2179和感病资源Chaiqing No.1。形态学观察显示，随着侵染时间延长，病原菌侵入程度和菌丝数量显著增加，感病资源的发病率逐渐升高（0 hai时0%，36 hai时35.26%），而抗病资源始终保持高抗性。WGA-AF488染色结果表明，病原菌侵染程度随时间增加，菌丝数量增多。

转录组测序共获得24个样本（4个时间点×3次重复）的高质量数据，与青稞参考基因组（NCBI_GCA_004114815.1）比对后，唯一映射率平均达90.78%。共鉴定出18,523个差异表达基因（DEGs），其中2,506个基因注释到55个转录因子家族，包括B3（539）、ERF（294）、NAC（150）等。趋势分析发现抗感材料基因表达模式存在显著差异：感病材料基因表达量随时间增加而上升，而抗病材料呈先升后降趋势。GO和KEGG富集分析显示，DEGs显著富集于代谢过程、植物-病原互作、MAPK信号通路等。在抗病资源中鉴定出104个核心DEGs，主要富集于代谢、植物-病原互作等通路，其中Rboh和RbohD基因显著上调，参与活性氧（ROS）产生和植物防御响应。RT-qPCR验证了HSP70-4、PER1等10个基因在抗病资源中表达显著高于感病资源，与转录组结果一致。

Conclusions

该研究通过抗性筛选、形态观察和转录组分析，揭示了青稞对P. graminea的抗性机制。抗病资源ZYM2179通过激活代谢通路、植物-病原互作和MAPK信号通路，上调Rboh和RbohD基因，增强活性氧爆发，从而有效抵御病原侵染。鉴定出的104个核心DEGs和10个验证基因为青稞抗病育种提供了重要候选基因，为解析青稞抗病分子机制奠定了理论基础，对青稞抗病品种选育和产业发展具有重要意义。