近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物有害生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)知名期刊《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上發(fā)表題為“Multilayer regulatory landscape during pattern-triggered immunity in rice”的研究論文。該研究通過多組學(xué)策略，系統(tǒng)解析了水稻抗病過程中的PTI響應(yīng)機(jī)制，對深入理解植物抗病過程，以及指導(dǎo)水稻抗病育種具有重要意義。

 

　　植物進(jìn)化出了復(fù)雜的防御機(jī)制來防止病原真菌和細(xì)菌侵染。植物的防御系統(tǒng)包括病原相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫（PTI）和效應(yīng)子觸發(fā)的免疫（ETI）。其中，PTI介導(dǎo)的防御由病原相關(guān)分子模式（PAMP）誘導(dǎo)，如真菌來源的幾丁質(zhì)（chitin）和細(xì)菌來源的flg22。這些PAMPs由特定受體識別，激活下游信號通路，誘導(dǎo)一系列分子和生理生化反應(yīng)，統(tǒng)稱為病原相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫（PTI）。截至目前，已有一些報(bào)道采用單一或兩種組合的組學(xué)策略研究植物的PTI響應(yīng)機(jī)制（包括轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等），但采用多組學(xué)策略整合研究PTI過程的較少。另外，大多數(shù)關(guān)于PTI響應(yīng)過程的組學(xué)分析都集中于雙子葉植物擬南芥，研究結(jié)論可能不適用于水稻和其他單子葉植物。

 

　　在本研究中，研究人員整合了代謝組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、泛素化組和乙酰化組數(shù)據(jù)，闡明了水稻對真菌和細(xì)菌的PAMPs（chitin和flg22）的PTI響應(yīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)chitin觸發(fā)的PTI反應(yīng)在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上與flg22更為相似，但在翻譯后修飾水平和代謝水平上比flg22反應(yīng)不同且更為強(qiáng)烈。在chitin和flg22誘導(dǎo)的差異表達(dá)基因中發(fā)現(xiàn)了許多防御相關(guān)基因，包括編碼RLK、MAPK和CDPKs的基因、轉(zhuǎn)錄因子、激素信號成分和次級代謝基因。有趣的是，多組學(xué)研究揭示了一些關(guān)鍵的生長防御平衡主調(diào)節(jié)基因（包括OsALDH2B1、BSRD1、GRF9、HD16、DWARF11、GLW7/SPL13和EBR1等）可能在水稻PTI響應(yīng)過程中介導(dǎo)生長-抗病之間的平衡。對水稻轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的進(jìn)一步整合分析發(fā)現(xiàn)，兩種PAMP處理的mRNA和蛋白質(zhì)豐度之間存在不一致的情況。泛素化組學(xué)和乙酰化組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)翻譯后修飾調(diào)節(jié)可能在這種差異中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

 

　　通過繪制代謝物和調(diào)控變化圖，系統(tǒng)總結(jié)了PTI過程中糖酵解/糖異生、苯丙烷合成、類黃酮生物合成和亞油酸相關(guān)途徑中的多層次調(diào)控機(jī)制。研究表明，水稻中的亞油酸代謝和α-亞麻酸代謝途徑很可能受到flg22的特異性誘導(dǎo)。此外，與脂類、萜類（二萜類、倍半萜類和三萜類生物合成）和維生素（生物素代謝和核黃素代謝）相關(guān)的途徑可能也是flg22特異的PTI反應(yīng)。該研究通過多組學(xué)分析構(gòu)建了多層次水稻PTI響應(yīng)過程調(diào)控圖譜，為深入解析水稻抗病過程中的PTI響應(yīng)機(jī)制提供了重要參考和資源。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所劉文德研究員和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院陳小林副教授為本文的共同通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所周紹群博士等參與了相關(guān)工作。研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13688