基于二代和三代转录组测序揭示甘蔗重要亲本对黑穗病菌侵染的响应机制

黑穗病是甘蔗生产中的主要病害,严重影响甘蔗产量。解析甘蔗重要亲本与黑穗病菌相互作用的分子机制及筛选抗病基因对抗黑穗病优良品种的培育具有重要意义。本研究选用我国甘蔗育种中的重要亲本新台糖ROC25(抗黑穗病)及其姊妹系ROC22(感黑穗病)为研究对象,采用单分子实时测序技术(三代测序)和二代转录组测序技术分析和鉴定2个亲本感染黑穗病菌后的转录组谱及差异转录本。三代转录组测序分析共获得79,885条转录本序列,其中含60,115条完整开放阅读框、3692个可变剪接事件、1799个LncRNA、29,139个SSR和7794个转录因子,共有74,066个转录本得到注释,占总数的92.72%。通过对二代测序数据分析,在抗病亲本中筛选出9716个差异转录本,在感病亲本中筛选出2033个差异转录本。差异转录本的GO和KEGG富集分析结果表明抗病亲本中共富集到的GO条目和KEGG通路均要多于感病亲本,且植物MAPK信号通路、苯丙素生物合成、植物-病原互作、亚油酸代谢和蔗糖和淀粉代谢等代谢通路在抗感亲本中均被显著富集,为抗感亲本对黑穗病的共同抗病途径。进一步,对植物MAPK信号通路的分析表明,MAPK超家族基因成员在抗感亲本中呈现不同的表达方式,在抗病亲本中具有更多差异表达的MEKK1和MKK4的转录本,且MKK5、MPK10和MPK12基因仅在抗病品种中发生显著表达变化,推测其可能与亲本的抗病表型关联。此外,抗感亲本中众多WRKY、MYB、NAC和AP2/ERF-ERF等抗病相关转录因子响应了黑穗病菌胁迫,且主要表现为上调表达。与感病亲本相比,抗病亲本显示出更多的差异表达转录因子,推测这些抗病亲本特有的转录因子可能对防御黑穗病菌具有积极作用。本研究完善了新台糖亲本基因组注释信息,为解析新台糖优异亲本与黑穗病菌互作机制以及抗黑穗病基因资源的挖掘利用提供指导。