多年生高粱抗甘蔗蚜的转录组学研究进展

《BMC Plant Biology》：Transcriptomic insights into perennial sorghum resistance to sugarcane aphids

　　

摘要

背景

与一年生谷物相比，多年生作物具有诸多优势，能够提升作物的抗逆性，并有助于实现可持续农业发展，比如降低经济投入、改善土壤健康、增加碳封存等。高粱（Sorghum bicolor）是全球五大主要谷物之一，目前正面临甘蔗蚜虫（SCA；Melanaphis sacchari）的威胁。在本研究中，我们探讨了甘蔗蚜虫与多年生高粱（Sorghum bicolor x Sorghum halepense）之间相互作用的分子和遗传机制。

结果

我们通过RNA测序技术，分析了不同抗性水平的多年生高粱基因型在遭受甘蔗蚜虫侵害后的转录组反应，旨在确定早期（侵害后6小时和24小时）和晚期（侵害后7天）抗性的关键因素。时间序列转录组分析表明，甘蔗蚜虫侵害会引发高粱基因型中与多种防御机制相关的基因表达水平发生显著变化。我们在早期和晚期分别发现了10,620个差异表达基因，并确定了植物防御机制的关键调控因子。加权共表达网络分析显示，蚜虫侵害会改变与不同生物和代谢过程相关的基因表达水平。与对照组以及易感甘蔗蚜虫的多年生高粱相比，抗甘蔗蚜虫的多年生高粱品系中与活性氧（ROS）、死亡酸、细胞壁修饰、胼胝质合成以及防御相关植物激素生成相关的基因表达显著增加。此外，在抗甘蔗蚜虫的基因型中，bHLH、NAC和MYB等多种转录因子的表达也有所上升。

结论

总之，我们的研究结果表明，抗甘蔗蚜虫的多年生高粱植株更能有效地激活防御信号机制来抵御蚜虫侵害。通过发现多年生高粱抗甘蔗蚜虫的新机制，我们的研究成果有助于推动高粱育种工作，进而提升作物的抗逆性和生产力。