东北地理所在DNA甲基化参与调控大豆与大豆胞囊线虫互作的表观遗传研究方面取得进展

大豆胞囊线虫(Soybean cyst nematode, SCN; Heteroderaglycines)病是引起大豆减产最严重的病害之一，深入研究大豆-线虫互作机制对提出新的病害防控策略和培育抗胞囊线虫病的大豆新品种具有重要意义。DNA甲基化（DNA methlation）是一种非常重要的表观遗传标记，在植物生长发育及响应各种生物或非生物胁迫过程中发挥着重要调控作用。最近研究结果表明，胞囊线虫侵染会引起寄主植物基因组DNA甲基化的改变（Rambani et al., 2015; Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020），并且基因功能研究进一步揭示，某些特定基因的DNA甲基化状态变化直接参与了植物与胞囊线虫互作的调控（Hewezi et al., 2017;Rambani et al., 2020）。因此，寄主植物DNA甲基化模式的改变可能在线虫寄生和调控植物适应性响应中均发挥重要作用。然而，在SCN与寄主大豆互作中是否也存在DNA甲基化对于miRNA基因表达的调控作用尚未研究。

本研究以对SCN有显著抗、感差异的大豆近等基因系（NIL-S和NIL-R）为材料，在全基因组水平鉴定并分析了SCN侵染过程中NIL-S、NIL-R根内受DNA甲基化调控的miRNA基因的差异表达变化。在感病系NIL-S中共鉴定到82个甲基化的miRNA基因，而在抗病系NIL-R中仅有16个miRNA基因受到DNA甲基化修饰。其中，miR5032、miR5043、miR1520b、及miR2107-ch16在NIL-S、NIL-R中表现出截然相反DNA甲基化状态。另外，两个miR5770家族成员miR5770a和miR5770b在NIL-S中被高度甲基化，而在NIL-R中则DNA甲基化水平显著降低，表明这些miRNA基因在SCN与寄主的兼容性、非兼容性反应中发挥生理作用可能与DNA甲基化密切相关。进一步基因表达分析证实，SCN侵染时miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770a/b的甲基化状态变化会显著改变它们在抗、感品系内的基因表达水平，最终引起靶标基因受到进一步的转录调控。利用大豆发根转化系统在NIL-S中异源表达miR5032、miR5043、miR1520b、miR5770b后能不同程度提高大豆对SCN的抗性。综上，本研究揭示了miRNA基因的DNA甲基化动态修饰在大豆与胞囊线虫互作过程中具有重要的调控作用。

该研究成果于2020年在国际期刊Molecular plant-microbe interactions上发表，中科院东北地理所胡岩峰副研究员为该论文的共同第一作者，田纳西大学TarekHewezi博士为论文通讯作者。

论文信息：

AditiRambani#, Yanfeng Hu#, SarbottamPiya, Miao Long, J. Hollis Rice, Vince Pantalone, Tarek Hewezi.(2020). Identification of differentially methylated miRNA genes during compatible and incompatible interactions between soybean and soybean cyst nematode. Molecular plant-microbe interactions, DOI:10.1094/MPMI-07-20-0196-R

图1大豆胞囊线虫侵染后大豆近等系中发生DNA甲基化的miRNAs热图