稻曲病菌毒素对水稻幼根转录组的影响

稻曲病菌(Villosiclava virens)可侵染水稻(Oryza sativa)引发稻曲病而导致水稻显著减产,还可产生对动物和植物都有害的毒素。目前对稻曲病菌毒素的植物毒性机理尚不清楚。本研究首先发现稻曲球水溶性粗毒素对水稻幼苗的根和叶片的生长都具有明显的抑制作用,对根的抑制作用更甚于对叶片的抑制作用。进而以稻曲球水溶性粗毒素处理水稻幼根,利用高通量测序技术进行转录组分析,得到2 665个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。对DEGs进行基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析,在细胞成分的分类(term)中,囊泡和胞外区富集的DEGs最多;在生物过程的分类中,胁迫响应和氧化还原过程富集的DEGs最多;在分子功能的分类中,氧化还原酶活性和转移酶活性富集的DEGs最多。对DEGs进行京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路(Pathway)富集的结果表明,稻曲病菌毒素处理对糖代谢、氨基酸代谢和次生物质代谢有较大影响。经分析发现,DEGs中有62个植物转录因子家族,分属于7种植物转录因子,其中5种参与调控植物对生物胁迫的抗性。实验结果也表明,稻曲球粗毒素明显下调15个植物抗病蛋白编码基因的表达。上述实验结果表明,稻曲病菌毒素主要通过干扰水稻幼根呼吸作用而影响能量供应,通过干扰氨基酸代谢而影响蛋白质合成,进而抑制水稻幼根的生长。此外,本研究推测稻曲病菌在侵染水稻的过程中,可能通过分泌毒素来下调某些水稻抗病蛋白的表达,以降低水稻抵抗稻曲病菌入侵的能力,从而利于稻曲病菌在水稻组织内生存并扩展。本研究为深入探讨稻曲病菌毒素对植物产生毒性的机理提供了基础资料。