代谢组与转录组联合分析揭示褪黑素正调控小麦抗条锈病过程

【作者】 姜丽华； 袁普； 郑佩晶； 康振生； 刘杰；

【机构】 西北农林科技大学植物保护学院； 西北农林科技大学生命科学学院；

【摘要】 由条型柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的小麦条锈病是小麦生产上最具毁灭性的病害之一,对小麦的产量及品质危害严重。深入解析小麦抗条锈病分子机理,对于小麦条锈病的可持续控制具有重要意义。本研究利用广泛靶向代谢组检测技术结合RNA-seq对小麦与条锈菌亲和及非亲和互作体系进行分析,结果表明,褪黑素合成通路的中间化合物均为关键差异表达代谢物(Differential Expression Metabolites,DEMs),其含量在非亲和互作体系中均高于亲和互作体系,外源喷施褪黑素能显著提高小麦对条锈菌的抗性,病菌产孢量减少,菌丝发育受到明显限制。通过代谢组与转录组关联分析到大量褪黑素代谢通路相关基因,实时定量PCR (qRT-PCR)分析筛选获得一个乙酰-5羟色胺-O-甲基转移酶TaASMT3,在非亲和互作12 h和24 h显著上调表达,小麦原生质体定位证明其定位于细胞质。进一步对TaASMT3进行原核表达及酶学活性鉴定,结果显示,TaASMT3能够催化N-乙酰-5羟色胺(Nacetylserotonin,NAS)和S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)生成褪黑素。此外,利用病毒介导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术对其在小麦与条锈菌互作中的功能进行解析,沉默TaASMT3后,小麦叶片坏死斑和孢子数量均明显增多,抗病性减弱。以上结果表明,TaASMT3可能通过促进褪黑素合成正调控小麦对条锈菌抗性。该研究为从代谢物水平揭示小麦与条锈菌互作机制奠定基础,为小麦抗条锈病的遗传改良提供理论依据和基因资源。更多还原