《Scientific Data》：High-resolution single-nematode transcriptomic datasets of plant-parasitic nematodes from juveniles to adults
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本研究针对植物寄生线虫（PPN）发育同步化困难导致其转录调控机制研究滞后的问题，通过低起始量Smart-seq2技术，首次系统获得了南方根结线虫（Meloidogyne incognita）从二期幼虫（J2）到成虫共8个发育阶段的单线虫高分辨率转录组数据（75个高质量文库）。该数据集揭示了各发育阶段特异的基因表达模式，为解析线虫寄生适应机制和开发新型靶向防控策略提供了关键资源，相关数据已公开于NCBI（SRP620254, GSE315311）。
在农业生产中，有一类肉眼难以察觉却危害巨大的敌人——植物寄生线虫（Plant-Parasitic Nematodes, PPNs）。它们潜伏在土壤中，侵染作物根系，每年给全球农业造成约1570亿美元的经济损失。其中，南方根结线虫（Meloidogyne incognita）因其广泛的寄主范围（包括番茄、棉花、大豆等重要经济作物）和强大的环境适应能力，成为最具破坏性的物种之一。然而，科学家们对其在寄生发育过程中基因如何精确调控的认识却十分有限。一个核心的瓶颈在于：线虫在植物体内的发育难以同步，而传统转录组测序需要大量个体，导致无法精细解析从入侵到成熟的连续发育阶段。以往的研究甚至不得不将形态相似的三期幼虫（J3）和四期幼虫（J4）混合测序，丢失了关键发育节点的信息。
为了突破这一局限，华中农业大学孙明教授团队在《Scientific Data》上发表了题为“High-resolution single-nematode transcriptomic datasets of plant-parasitic nematodes from juveniles to adults”的研究。研究人员建立了一种基于Smart-seq2技术的单线虫转录组测序策略。他们以烟草为寄主植物培养南方根结线虫，通过精细的形态学观察，从感染后不同天数的根系中分离出8个关键发育阶段的单个线虫，包括：入侵前二期幼虫（pre_J2）、寄生二期幼虫（par_J2）、三期幼虫（J3）、四期幼虫（J4）、蜕皮期J4（J4_moulting）、雌性J4（J4_female）、雄性J4（J4_male）和成年雌虫（adult female）。每个线虫个体经过裂解、RNA提取、全长cDNA扩增后，构建测序文库，并在Illumina NovaSeq 6000平台上进行双端测序，平均每个样本测序深度为3 Gbp。最终获得了75个高质量转录组文库，每个阶段至少有5个生物学重复。数据分析包括使用fastp进行质控、HISAT2比对至南方根结线虫参考基因组、StringTie进行转录本定量，并以TPM（Transcripts Per Million）值衡量基因表达水平。
研究结果
数据质量与可重复性验证
研究生成的75个单线虫转录组文库质量优异，清洁读数率普遍高于98%，Q30碱基率多数在90%以上。主成分分析（PCA）显示，不同发育阶段的样本沿主成分1（PC1，解释37%方差）和主成分2（PC2，解释15%方差）清晰分离，表明各阶段具有独特的基因表达特征。同时，同一阶段内的生物学重复高度聚集，证明了数据的可靠性和可重复性。相关性分析热图进一步确认了相邻发育阶段（如J3与J4）之间存在连续的转录组动态变化。
各发育阶段基因表达概览
研究人员统计了每个发育阶段表达的基因数量（TPM≥1）。结果显示，从pre_J2到成虫，不同阶段检测到的基因数量在15,000至35,000个之间波动，反映了发育过程中基因表达程序的动态重编程。例如，J4阶段的一些样本检测到的基因数量超过34,000个，提示该阶段可能涉及复杂的形态发生和生理功能转变。
研究结论与意义
这项研究成功构建了首个覆盖南方根结线虫关键寄生发育阶段的单线虫分辨率转录组图谱。该数据集系统地揭示了从幼虫入侵、蜕皮、性别分化到成虫成熟的连续发育轨迹中的基因表达动态。这一宝贵资源为解决植物寄生线虫发育生物学中的长期难题提供了关键数据支撑，将极大地促进对线虫寄生适应性机制、效应蛋白表达时序、性别决定通路等重要科学问题的探索。更重要的是，通过识别阶段特异性关键基因，为开发基于RNA干扰（RNAi）或靶向化学药物的新型、高效、环境友好的线虫防控策略奠定了坚实的基础，对保障全球农业可持续发展具有重要意义。所有原始数据和处理后的基因表达矩阵均已公开，可供全球研究人员自由获取和使用。
