大豆孢囊线虫（SCN，Heterodera glycines）是全球范围内影响大豆产量的主要病害之一，每年造成巨大的经济损失。N6-甲基腺苷（m6A）表观遗传修饰作为RNA水平上的重要调控机制，能调节多种细胞生物过程，在植物抗病和感病反应中的作用越来越受到重视。然而，关于病原物侵染过程中抗病和感病品种的m6A甲基化修饰发生了怎样的动态变化，以及这种修饰反过来怎样影响植物的防御反应，均尚不清楚。

近日，东北地理所农田有害生物学科组李春杰研究团队采用先进的m6A测序和RNA测序技术，探讨了m6A修饰对基因表达和植物防御反应的影响。通过对大豆高抗品种和高感品种的对比研究，明确了m6A甲基化在大豆孢囊线虫病抗感基因型中的分布及动态变化。结果表明，大豆孢囊线虫侵染高抗品种后，上调和下调差异m6A峰（DMPs）的比例是1:22（205:4495）；而在感病品种中，其比例接近1:1（1662:1774）（图1）。该结果说明SCN的4号生理小种侵染抗病种质后能够抑制大豆m6A甲基化修饰。结合转录组分析差异表达基因（DEGs）发现，关键的抗性和防御相关基因显示出上调表达和甲基化被抑制，包括抗性R基因、受体激酶和转录因子等重要调控元件。相反，在高感品种中，与感病性相关基因的表达增加且甲基化减少，包括霉菌位点O样蛋白（MLO）和影响防御机制的调控元件。通过对重叠的DMPs/DEGs基因的GO/KEGG富集分析，结合蛋白质-蛋白质相互作用，构建了抗病反应中的关键调控网络模型（图2）。在抗病品种中，有19个DMPs/DEGs互作，而感病品种中只有6个DMPs/DEGs互作。在抗病反应中，SCN侵染抑制了甲基化反应，却促进了与细胞受体激酶相关基因和抗性基因的表达。该调控网络模型（图2）揭示了SCN侵染能够抑制大豆m6A甲基化修饰，从而提高SCN防御相关膜受体和抗性基因的表达。甲基化模式与基因表达之间的动态相关性进一步解释了大豆对SCN的抗感机制。此外，研究还揭示了m6A修饰、可变剪接、microRNA和基因调控之间的复杂相互作用可能共同调控大豆的抗感反应。以上研究结果不仅有助于深入理解植物-线虫互作机制，还为开发新的线虫防控策略提供了重要的理论基础。

图１ 抗感大豆品种在SCN侵染3d后的m6A甲基化峰（DMPs）和基因表达（DEGs）的差异

图２ SCN侵染的细胞反应与防御基因相关的蛋白质-蛋白质互作模型

研究成果近期发表在国际农林科学期刊《Phytopathology》上，东北地理所已毕业博士研究生秦瑞峰为论文第一作者，项目正高级工程师李春杰和特聘研究员王从丽为共同通讯作者。研究得到中国科学院先导专项（XDA24010307）和国家自然科学基金（32272501）联合资助。

论文信息：

Ruifeng Qin, Minghui Huang, Ye Jiang, Dan Jiang, Doudou Chang, Yifan Xie, Yuewen Dou, Lili Wu, Liuli Wei, Mingze Wang, Zhongyan Tian, Chunjie Li,* Congli Wang*. N6-Methyladenosine (m6A) Sequencing Reveals Heterodera glycines-Induced Dynamic Methylation Promoting Soybean Defense. Phytopathology, 2024, 114:1612-1625.

论文链接： https://apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/PHYTO-12-23-0474-R