大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）起源于我國(guó)，是我國(guó)和東亞地區(qū)栽培面積最大的蔬菜作物，目前已逐步成為世界性的蔬菜作物。霜霉病是由專性寄生霜霉菌（Hyaloperonospora parasitica）引起的真菌病害，是危害大白菜的三大病害（病毒病、霜霉病和軟腐?。┲?，該病流行范圍廣、發(fā)病速度快，對(duì)白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)造成嚴(yán)重影響，培育霜霉病抗性品種是解決這一難題最有效途徑之一。因此，對(duì)大白菜抗霜霉病基因的挖掘，揭示其抗病分子機(jī)理具有非常重要的意義。
近日，Horticulture Research在線發(fā)表了北京市農(nóng)林科學(xué)院白菜課題組題為Identification of long noncoding RNAs involved in resistance to downy mildew in Chinese cabbage的研究論文，首次在全基因組鑒定了響應(yīng)白菜霜霉病的長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）以及參與抗病反應(yīng)的關(guān)鍵lncRNA及其靶基因，本研究填補(bǔ)了白菜霜霉病在lncRNA研究領(lǐng)域的空白，為今后對(duì)大白菜抗霜霉病分子機(jī)理的深入研究奠定了基礎(chǔ)。
該研究以兩個(gè)抗病大白菜自交系 “T12-19”、“12-85”和一個(gè)感病自交系 “91-112”為材料，接種霜霉病菌后進(jìn)行了高通量RNA測(cè)序，通過GO富集分析顯示，多種抗病反應(yīng)相關(guān)的GO項(xiàng)目，如對(duì)幾丁質(zhì)的響應(yīng)、對(duì)超敏反應(yīng)的調(diào)節(jié)、防御反應(yīng)等相關(guān)基因都特異地在兩個(gè)抗病材料中上調(diào)表達(dá)。同時(shí)，鑒定獲得了3711個(gè)lncRNA，主要有兩類，即基因間的lncRNA（約69.83%）和基因編碼區(qū)反向轉(zhuǎn)錄本lncNATs（約15.17%）。具有順式和反式作用的差異表達(dá)lncRNA的靶基因數(shù)量在抗病材料中顯著高于感病材料，這些靶基因更多地被富集到植物抗病免疫反應(yīng)中。進(jìn)一步利用VIGS對(duì)5組可能參與到抗病反應(yīng)的lncRNA及其靶基因進(jìn)行了初步功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)沉默MSTRG.19915（屬于lncNAT）可以顯著增強(qiáng)感病材料的抗病能力，而沉默其靶基因BrMAPK15可以明顯降低抗病材料的抗病性。隨后利用白菜子葉瞬時(shí)過表達(dá)體系驗(yàn)證了這一結(jié)果。由此推測(cè)，MSTRG.19915可以與BrMAPK15的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈，從而調(diào)控BrMAPK15的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)而參與到白菜霜霉病的抗病免疫反應(yīng)。綜上所述，本研究首次鑒定到了參與到白菜抗霜霉病反應(yīng)的lncRNA及其靶基因，為全面理解白菜抗霜霉病機(jī)理特別是lncRNA介導(dǎo)的基因調(diào)節(jié)機(jī)理提供了理論基礎(chǔ)。
北京市農(nóng)林科學(xué)院白菜課題組助理研究員張彬?yàn)樵撜撐牡牡谝蛔髡?，于拴倉研究員與張鳳蘭研究員為共同通訊作者，該研究得到了得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、北京市科委重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。該研究團(tuán)隊(duì)近年來以提高白菜品種的產(chǎn)量和抗病抗逆性為育種目標(biāo)，基于基因組學(xué)、馴化選擇分析和圖位克隆等手段，鑒定了一批控制白菜開花、抗病及其與形態(tài)建成相關(guān)的功能基因，研究成果先后發(fā)表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell forbid Environment、Journal of Experimental Botany等雜志上。
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