编辑推荐：
为探究鹰嘴豆对尖孢镰刀菌 6 号生理小种（Foc race 6）的抗性机制，研究人员对两个鹰嘴豆品种（抗 / 感病）进行转录组测序。结果发现多个差异表达基因（DEGs）参与抗病通路，该成果为培育抗枯萎病（FW）鹰嘴豆品种提供依据。
鹰嘴豆作为全球第三大重要的豆类作物，是许多人重要的蛋白质来源，在农业系统中也因固氮作用意义非凡。然而，由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. ciceris，Foc）引起的枯萎病（Fusarium wilt，FW）却严重阻碍其产量提升，让农民们头疼不已。Foc 会悄悄钻进鹰嘴豆的根部，在根部皮层 “安营扎寨”，堵塞木质部导管，使得水分和营养物质无法正常运输，鹰嘴豆就像被掐住了 “生命线”，逐渐枯萎死亡。目前，虽然鹰嘴豆基因组已完成测序，但对于其抗枯萎病的基因和机制，人们了解得还远远不够，尤其是针对 Foc 的 6 号生理小种，相关研究更是少之又少。
在这样的背景下，来自伊朗的研究人员挺身而出，决心攻克这一难题。他们精心挑选了两个具有代表性的鹰嘴豆品种 —— 抗病的 Ana 和易感病的 Hashem，对它们感染 Foc race 6 后的根部组织进行转录组测序分析。这项研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为鹰嘴豆抗枯萎病研究带来了新的曙光。
研究人员开展这项研究主要运用了以下关键技术方法：首先，精心培育 Ana 和 Hashem 两个品种的鹰嘴豆，在它们生长到合适阶段时，用 Foc race 6 进行接种处理，并设置对照组。接着，在接种 48 小时后，采集根部样本。然后，提取样本中的 RNA，利用 Illumina HiSeq 2500 测序平台进行 mRNA 测序。最后，运用 FASTQC 软件、HISAT2、Cufflinks 等工具对测序数据进行分析，鉴定差异表达基因，并进行功能注释和通路分析，还通过实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）对部分基因表达进行验证 。
下面来看看具体的研究结果：
- 表型分析：接种约 12 天后，鹰嘴豆植株下部叶片开始出现枯萎症状，从边缘发黄逐渐发展到扭曲、完全变黄，直至坏死脱落。其中，Ana 品种的 FW 发病率为 20%，表现出较强的抗性；Hashem 品种的发病率则高达 80%，易感性明显。
- 测序指标和映射结果：研究人员从样本中获得了 13350 万个原始读数，其中超 89.15% 的原始读数 Phred 质量分数达到 Q30 水平，近 90% 的清洁读数成功映射到鹰嘴豆参考基因组。经分析发现，在 Foc race 6 胁迫下，抗性品种 Ana 中有 548 个基因差异表达（332 个上调，216 个下调），易感品种 Hashem 中有 1115 个基因差异表达（595 个上调，520 个下调）。
- 差异表达基因的基因本体论分类分析：通过 GO 分析，给 Ana 中的 193 个 DEGs 和 Hashem 中的 333 个 DEGs 赋予了显著的 GO 术语。在两个品种上调基因的 GO 分类中，多个生物学过程如对刺激的反应、对压力的反应、对生物刺激的反应、防御反应、免疫反应、对真菌的反应和木质素生物合成 / 代谢过程等都显著富集，且在抗性品种 Ana 中的比例更高。一些特定的生物学过程，如对乙烯刺激的反应和系统获得性抗性，仅在 Ana 品种中显著富集。在分子功能方面，催化活性、转移酶活性等在两个品种上调基因中均有富集，同样 Ana 品种中的比例更高，还有部分分子功能仅在 Ana 品种中显著富集。而在下调基因的 GO 分类中，一些生物学过程、分子功能和细胞成分相关术语仅在 Hashem 品种中富集，这暗示着其防御反应效率较低，容易感病。
- 差异表达基因的通路分析：对 DEGs 进行 KEGG 通路分析发现，Ana 中的 218 个显著 DEGs 被归类到 121 条 KEGG 通路，Hashem 中的 443 个显著 DEGs 被归类到 173 条 KEGG 通路，这些基因主要涉及 MAPK 信号通路 - 植物、植物 - 病原体相互作用、植物激素信号转导等多个重要通路。其中，苯丙烷途径包含基因数量最多，细胞色素 P450 途径在 Ana 品种中基因数量位居第二，且 Ana 品种中细胞色素 P450、谷胱甘肽代谢和类黄酮生物合成途径的基因占比高于 Hashem 品种。
- 生物胁迫通路概述：利用 MapMan 分析发现，在细胞 wall integrity 方面，多个与细胞壁相关的基因在抗性品种 Ana 中比易感品种 Hashem 上调更明显，部分基因仅在 Ana 品种中上调。此外，在 Ana 品种中，一些编码谷胱甘肽 S - 转移酶（GST）、转录因子 MYB41、病程相关蛋白等的基因也仅在该品种中上调。同时，在激素信号传导部分，部分编码细胞色素 P450 的基因在抗性植株中下调。
- qRT - PCR 验证差异表达基因：为确保 RNA - seq 结果的可靠性，研究人员选取了 12 个 FW 响应候选基因，通过 qRT - PCR 进行验证。结果显示，qRT - PCR 结果与 RNA - seq 结果高度吻合（Ana 中 R2 = 0.999，Hashem 中 R2 = 0.987） 。
综合研究结果，研究人员得出结论：在鹰嘴豆抗 Foc race 6 的过程中，多个基因和通路发挥了关键作用。像 CaNLR - RPM1 和 CaLYK5 - RLK 等受体基因，仅在 Ana 品种中表达，且在 FW 胁迫下上调，它们就像鹰嘴豆的 “侦察兵”，能及时发现病原体的入侵。还有参与信号传导（如 CaPP7、CaHSC70s 等）和转录调控（如 CaMYBs、CaGLK 等）的基因，在抗性品种中也大量表达。这些基因相互协作，构建起一个复杂而高效的防御网络，使鹰嘴豆能够快速激活防御反应，抵御真菌病原体的侵害。
这项研究意义重大，它深入揭示了鹰嘴豆抗 FW 的分子机制，为后续通过基因工程或分子育种培育抗枯萎病鹰嘴豆品种提供了宝贵的理论依据。不过，研究人员也指出，未来还需要对不同 Foc 生理小种感染后不同时间点、更多抗性和易感鹰嘴豆品种的分子反应进行研究，进一步完善这一领域的认知，从而更好地助力鹰嘴豆产业发展，减少枯萎病带来的损失。
