Hvordan aktiverer nematodeinfektion planteforsvarsrespons i sojaplanter?

Sojabønnecystenematode (SCN) er en af ​​de ødelæggende sygdomme i sojabønner på verdensplan. Værtsplanteresistens er den mest økonomiske og effektive metode til at kontrollere SCN-sygdom.

SCN-resistens er dog en multigen og kvantitativ egenskab i sojabønner, og de fleste resistenskilder brydes let på grund af langvarig plantning af de samme sorter. Derfor er det presserende at dybt forstå resistensmekanismen, udvikle multi-resistens genressourcer og avle multi-resistens varianter.

Et forskerhold ledet af prof. Wang Congli fra Northeast Institute of Geography and Agroecology ved det kinesiske videnskabsakademi har for første gang brugt fuld-længde transkriptom-sekventeringsteknologi (FLTS) til at undersøge SCN-resistens i sojabønner.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Grænser i plantevidenskab .

Tredje generations FLTS-teknologi kan direkte læse RNA-molekylets sekvens i fuld længde uden afbrydelse. Det har også fordelene ved kvantitativ analyse af gener og transkripter på samme tid.

Forskerne bekræftede en ny sojabønneavlsgenotype 09-138 (rhg1a + Rhg4b), som er resistent over for den meget toksiske SCN race 4 (SCN4), men modtagelig for SCN5 med mindre virulens.

FLTS-analysen af ​​9 cDNA-biblioteker af 09-138 med SCN4, SCN5 og kontrolbehandlinger viste et gennemsnit på 6,1 Gbp rene data for hvert bibliotek, i alt 1.117 nye gener og 41.096 nye transkripter.

Gennem strukturel analyse af de nye transkripter fandt forskerne, at post-transkriptionel modifikation, såsom alternativ splejsning (AS), alternativ polyadenylering (APA), fusionsgener og lang ikke-kodende RNA (lncRNA) var involveret i forsvarsrespons.

Forskerne fandt ud af, at stressresponselementer, plantehormonsignaltransduktionsveje og plante-patogen-interaktionsveje var involveret i modstandsforsvarsreaktioner; og cellevægsmodifikationer og metaboliske veje relateret til kulhydratbiologiske processer var involveret i det modtagelige respons, mens phenylpropanbiosyntesevejen var involveret i både resistent og modtagelig respons.

Protein-protein-interaktionsanalyse kombineret med differentielt udtrykte gener (DEG'er) viste for første gang, at SCN4-inkompatibel respons aktiverede interaktionerne mellem kinaserne MAPK/KK/KKK, transkriptionsfaktoren WRKY og calmodulin VQ for at regulere modstandsforsvaret. En forsvarsmodel forbundet med MAPK-WRKY-VQ blev etableret for SCN-resistens i sojabønner.

Disse resultater viser, at transkriptomsekventering i fuld længde giver et kraftfuldt værktøj til at studere planteforsvarsmekanismer inden for niveauerne for transkription og post-transkriptionelle modifikationer.