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本研究聚焦陆地棉（Gossypium hirsutum L.）与南方根结线虫（Meloidogyne incognita）互作，通过时间序列RNA-seq分析，揭示了陆地棉在兼性与非兼性互作中转录组动态变化，鉴定出大量差异表达基因（DEGs）及潜在抗性候选基因，为棉花抗线虫育种提供理论支持
南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是棉花生产中的重要害虫，给陆地棉（Gossypium hirsutum L.）造成巨大经济损失。为应对这一挑战，来自国内的研究团队开展了陆地棉与南方根结线虫互作的转录组学研究，旨在深入剖析陆地棉在抗性与感病互作中的分子机制，挖掘关键抗性基因，为培育抗线虫棉花品种提供科学依据。该研究通过时间序列RNA-seq技术，对比分析了感病品种Coker 201和抗病品种M-120 RNR在南方根结线虫侵染不同阶段的转录组差异，鉴定出大量差异表达基因（DEGs），并结合QTL定位，筛选出多个潜在抗性候选基因，如Gh_A11G3090（PUB21）和Gh_A11G2836（RPPL1）等。研究结果不仅揭示了陆地棉在不同互作阶段的基因表达动态，还为棉花抗线虫育种提供了重要的基因资源，具有重要的理论和应用价值。研究成果发表在《BMC Genomics》期刊上。
研究背景
南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是一种广泛分布的植物寄生线虫，对陆地棉（Gossypium hirsutum L.）等农作物造成严重危害，导致棉花产量和品质大幅下降。传统的防治方法如轮作、生物防治和化学防治等存在诸多局限性，而培育抗性品种被认为是经济、有效且环境友好的解决方案。此前的研究通过QTL定位等手段在陆地棉基因组的第11号染色体（qMi-C11）和第14号染色体（qMi-C14）上鉴定出与抗性相关的数量性状位点（QTL），但具体的分子机制尚不清楚。为了进一步揭示陆地棉对南方根结线虫的抗性机制，研究人员利用时间序列RNA-seq技术，对感病品种Coker 201和抗病品种M-120 RNR在南方根结线虫侵染不同阶段的转录组进行了全面分析。
研究方法
研究人员选取了感病品种Coker 201和抗病品种M-120 RNR作为实验材料，分别在南方根结线虫侵染后4、8、12、16和20天采集根组织样本，构建了44个RNA-seq文库。通过对这些样本进行高通量测序和数据分析，研究人员对比了两个品种在不同侵染阶段的基因表达差异，鉴定出大量差异表达基因（DEGs）。此外，结合QTL定位信息，研究人员进一步筛选出位于qMi-C11和qMi-C14区域内的潜在抗性候选基因，并通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）对部分候选基因的表达模式进行了验证。
研究结果
转录组测序与基因表达差异
研究共鉴定出2,471个差异表达基因（DEGs），对应1,674个独特基因，这些基因在感病和抗病品种中的表达模式存在显著差异。在感病品种Coker 201中，8天侵染后（8 DAI）差异表达基因数量最多，而在抗病品种M-120 RNR中，8 DAI和16 DAI的差异表达基因数量较高。这些差异表达基因涉及多个生物学过程，包括氧化还原反应、细胞壁代谢、防御反应等。
QTL区域内的差异表达基因
通过对比qMi-C11和qMi-C14区域内的基因表达，研究人员发现了多个潜在的抗性候选基因。例如，在qMi-C11区域，Gh_A11G2836（RPPL1）在抗病品种中显著上调表达；而在qMi-C14区域，Gh_D02G0259（RLP12）在抗病品种中多个时间点均表现出显著上调。这些基因可能在陆地棉的抗性机制中发挥关键作用。
激素信号转导与防御反应
研究发现，与植物激素信号转导相关的基因在陆地棉对南方根结线虫的防御反应中扮演重要角色。例如，茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）信号通路中的关键基因在抗病品种中表现出显著上调，这表明激素信号可能在调节陆地棉的抗性反应中起到关键作用。
研究结论与讨论
本研究通过时间序列RNA-seq分析，揭示了陆地棉在南方根结线虫侵染不同阶段的转录组动态变化，鉴定出大量差异表达基因，并筛选出多个潜在的抗性候选基因。这些发现不仅加深了我们对陆地棉与南方根结线虫互作分子机制的理解，还为棉花抗线虫育种提供了重要的基因资源。未来的研究可以进一步探索这些候选基因的功能，通过基因编辑等技术将其应用于棉花抗线虫品种的培育中，以减少线虫对棉花生产的危害，保障棉花产业的可持续发展。
