中国农科院-毛龙课题组-小麦抗白粉病表观遗传调控机制研究

小麦白粉病严重影响小麦的产量和品质，系统研究小麦抗白粉病的分子机理至关重要。表观遗传学调控是植物抗病分子调控的重要机制之一，然而关于其在小麦与活体营养型真菌相互作用中的作用则知之甚少，尤其是温带植物小麦(Triticum aestivum)。近日，中国农业科学院作物科学研究所毛龙研究员、李爱丽研究员与四川农业大学小麦研究所兰秀锦研究员，利用中国农业科学院作物科学研究所测序的小麦D基因组供体种粗山羊草，研究了其与白粉菌互作过程中DNA甲基化调控机制。并以“DNA methylation dynamics during the interaction of wheat progenitor Aegilops tauschii with the obligate biotrophic fungus Blumeria graminis f. sp. tritici”为题的文章发表在《New Phytologist》杂志上。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国农科院创新工程的资助。本联盟有幸邀请到耿帅锋博士介绍其工作，内容如下：

该工作通过粗山羊草改变其全基因组甲基化水平来响应白粉菌侵染的研究，揭示了DNA甲基化参与调控活体寄生类真菌抗病应答的新机制，及其在小麦中的保守性。

研究人员利用六倍体小麦D基因组供体种粗山羊草能与小麦白粉菌发生互作的特性，通过高通量测序，对白粉菌侵染后粗山羊草叶片的total sRNA和AGO4a捕获的sRNA进行分析，发现AGO4a主要结合以A开头的长度为24 nt的小分子，接菌后AGO4a捕获的24 nt小分子RNA显著下调，且抗病材料中的下调强于感病材料。通过全基因组甲基化测序方法，对白粉菌侵染后粗山羊草全基因组DNA甲基化程度的评估，发现白粉菌侵染后CHH甲基化程度降低，并伴随转座子附近基因上AGO4a结合的 24-nt siRNA大量减少。这些基因主要富集为胁迫应答，包括受体激酶、过氧化物酶和致菌相关基因。为证明上述分析结果，作者通过病毒诱导基因沉默 (VIGS) 沉默主要负责CHH甲基化的甲基化重组酶2 (DRM2)，发现DRM2下降增强了植物对白粉菌的抗病性。进一步对其中一个富集基因PR2进行分析，发现植物可能通过降低该基因的CHH甲基化水平参与白粉菌防御反应。这一工作表明，DNA甲基化的动态变化能够参与植物复杂的免疫反应过程，对提高小麦抗病性具有指导意义。

相关链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.15432

小插曲：在文章中，大家留意的话，会发现小分子RNA测序的取样时间是接菌0 h和12 h，甲基化化测序的取样时间是mock 12 h和Bgt 12 h，这主要由于我们进行小分子测序之前发表的工作都是接菌后n小时取样，所以当我们获得小麦的AGO4a抗体后，对接菌后该抗体结合的小分子进行测序时，选用了接菌0 h和12 h的材料，但当我们进行全基因组甲基化测序的时候，发现有些文献的取样时间选用mock和Bgt，当时觉得取样时间选用mock和Bgt应该会更准确，后来我们经过很长时间的纠结后，我们的取样时间选用了mock 12 h和Bgt 12 h。在写文章的时候，我们一直担心评委会不会对这个问题提出质疑，我们就对很多基因在两种取样时间材料中进行了qPCR验证，发现除节律基因外，其余基因的表达基本一致，这就坚定了我们的信心。后来审稿中评委并未对该问题提出疑问。经过这篇文章，让我体会到科研需要有严谨的实验设计，充分的实验验证。也希望我们的研究对后续进一步揭示小麦与白粉菌互作的表观调控机理提供帮助。

毛龙研究员课题组长期从事小麦复杂基因组解析工作，包括解析六倍体小麦优势形成的分子机理、小麦穗及籽粒早期发育调控网络与产量的关系、小麦多样性与产量的关系等。还有小麦抗病性状功能基因组研究如小麦白粉病抗性机制、转基因重大专项基因克隆新技术和新方法研究、作物小分子RNA发现与功能研究、人工miRNA技术体系在小麦中的建立等研究工作。主持国家重大科技专项、863重大项目、海外青年学者合作研究基金、国家自然基金、“挑战计划”、院所长基金等项目。在国际一流杂志Nature、Nature Communications、Plant Cell、Genome Research、Cell Research、Plant Physiology、Plant Journal等发表高水平研究论文40余篇。欢迎大家积极交流合作！