转录组揭示禾谷镰刀菌酸碱胁迫条件下的基因表达模式

【目的】研究不同pH胁迫条件下禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)的转录组调控机制,分析基因表达水平及差异,探究在酸性或碱性条件下与禾谷镰刀菌细胞抗胁迫反应相关的代谢通路,揭示禾谷镰刀菌如何主动调节细胞内代谢与合成过程,以适应细胞外pH环境的变化。【方法】在初始pH为4.5、6.5、8.0的PDB培养基中培养禾谷镰刀菌48 h,提取菌株的总RNA,构建cDNA文库。利用转录组测序技术及生物信息学技术鉴定相关差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),进一步分析涉及的代谢通路。采用反转录实时定量PCR (reverse transcription-quantitative PCR, RT-qPCR)对基因表达水平进行验证。【结果】在酸性条件下,共有4 283个DEGs,其中2 032个上调DEGs和2251个下调DEGs;在碱性条件下,共有498个DEGs,其中269个上调基因和229个下调基因。基因本体论(gene ontology, GO)富集分析结果显示,在酸性条件下上调基因显著富集到的GO terms有211个,下调的有72个;碱性条件下上调的GO terms有33个,下调的有40个。京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes, KEGG)富集分析结果显示,在酸性条件下上调DEGs显著富集到的通路有22个,下调有32个;在碱性条件下上调通路有8个,下调有13个。膜转运蛋白的表达和糖类化合物的水解等相关基因表达上调以及蛋白质代谢相关基因表达下调,协助禾谷镰刀菌细胞适应外界环境的变化。与此同时,禾谷镰刀菌在酸性和碱性条件下分别通过降低次生代谢和降低氨基酸代谢来维持自身细胞的内环境平衡,从而抵抗细胞外pH胁迫。【结论】在酸性环境中,禾谷镰刀菌通过促进核糖蛋白复合体的产生以及次生代谢来适应细胞外环境的变化;在碱性环境中,禾谷镰刀菌细胞通过氨基酸代谢来响应和感知外界的胁迫。通过对禾谷镰刀菌细胞代谢相关通路分析为禾谷镰刀菌对不同pH环境的响应提供重要的基因表达数据支撑,研究结果有助于理解禾谷镰刀菌的致病机制。