大白菜(Brassica rapaL.ssp.pekinensis)起源于我國,是我國和東亞地區(qū)栽培面積最大的蔬菜作物,目前已逐步成為世界性的蔬菜作物。霜霉病是由專性寄生霜霉菌(Hyaloperonospora brassicae)引起的真菌病害,是危害大白菜的三大病害(病毒病、霜霉病和軟腐?。┲?,該病流行范圍廣、發(fā)病速度快,對大白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)造成嚴重影響,培育霜霉病抗性品種是解決這一難題最有效的途徑之一。因此,對大白菜抗霜霉病基因進行挖掘,揭示其抗病分子機理具有非常重要的意義。
2021 年3 月1 日,Horticulture Research在線發(fā)表了題為“Identification of long noncoding RNAs involved in resistance to downy mildew in Chinese cabbage”的研究論文,首次在全基因組鑒定了響應大白菜霜霉病的長鏈非編碼RNA(lncRNA)以及參與抗病反應的關(guān)鍵lncRNA 及其靶基因,本研究填補了大白菜霜霉病在lncRNA 研究領(lǐng)域的空白,為今后對大白菜抗霜霉病分子機理的深入研究奠定了基礎(chǔ)。
該研究以2 個抗病大白菜自交系 T12-19、12-85 和1 個感病自交系 91-112 為材料,接種霜霉病菌后進行高通量RNA測序,通過GO 富集分析顯示,多種抗病反應相關(guān)的GO 項目,如對幾丁質(zhì)的響應、對超敏反應的調(diào)節(jié)、防御反應等相關(guān)基因都特異地在2 個抗病材料中上調(diào)表達。同時,鑒定獲得了3 711 個lncRNA,主要有兩類,即基因間的lncRNA(約69.83%)和基因編碼區(qū)反向轉(zhuǎn)錄本lncNATs(約15.17%)。具有順式和反式作用的差異表達lncRNA 的靶基因數(shù)量在抗病材料中顯著高于感病材料,這些靶基因更多地被富集到植物抗病免疫反應中。進一步利用VIGS 對5 組可能參與到抗病反應的lncRNA 及其靶基因進行初步功能驗證,發(fā)現(xiàn)沉默MSTRG.19915(屬于lncNAT)可以顯著增強感病材料的抗病能力,而沉默其靶基因BrMAPK15可以明顯降低抗病材料的抗病性。隨后利用白菜子葉瞬時過表達體系驗證了這一結(jié)果。由此推測,MSTRG.19915可以與BrMAPK15的轉(zhuǎn)錄本形成互補雙鏈,從而調(diào)控BrMAPK15的轉(zhuǎn)錄水平,進而參與到大白菜霜霉病的抗病免疫反應。綜上所述,本研究首次鑒定到了參與大白菜抗霜霉病反應的lncRNA 及其靶基因,為全面理解大白菜抗霜霉病機理特別是lncRNA 介導的基因調(diào)節(jié)機理提供了理論基礎(chǔ)。