项目文章 | 互作转录组技术解析解淀粉菌拮抗大豆致病菌核盘菌的分子机理

文章信息 

2022年6月23日，吉林师范大学刘剑锋教授为通讯作者，程云清教授为第一作者，在2 区TOP杂志Front Microbiol (IF=6.064)上发表了题为“TDual RNA Sequencing Analysis of Bacillus amyloliquefaciens and Sclerotinia sclerotiorum During Infection of Soybean Seedlings by S. sclerotiorum Unveils Antagonistic Interactions”的研究文章。

文章针对淀粉分解芽孢杆菌对核盘菌在大豆幼苗感染的拮抗作用进行研究，借助高通量测序揭示了其调控机理为淀粉分解芽孢杆菌会对核盘菌的核糖亚基的基因表达起到抑制作用进而抑制核盘菌的生长，为核盘菌的防治提供了科学依据。

 研究背景

核盘菌，可引起各种经济作物的茎腐病，其宿主范围广泛存在，包括各种单子叶和双子叶植物；尤其是在大豆中，大豆感染形成的茎腐病会使得大豆大面积减产，甚至会超过50%的减产，而且会严重影响大豆的质量。世界各地的主要防治手段为化学手段，但化学手段价格昂贵且极易造成环境污染，因此现阶段研究大豆核盘菌的生物防治就至关重要。过往研究中，维氏木霉菌、枯草芽孢杆、阿维链霉菌等均有一定的防治作用，但由于菌的分布和成本原因，现阶段依旧无法大规模应用。本研究中，分离出了一种对真菌具有广谱抗性的淀粉分解芽孢杆菌可以有效地抑制核盘菌的生长，借助dual RNA-seq测序和分析技术，解析了上述拮抗作用过程中淀粉分解芽孢杆菌的基因表达和调控模式，可以为大豆核盘菌的生物防治提供更高效的开发手段。

 研究思路 

 研究结果 

淀粉分解芽孢杆菌对大豆核盘菌的拮抗作用

PDA板对抗实验结果显示：两种微生物同时接种在PDA板上时，淀粉分解芽孢杆菌显著抑制了大豆核盘菌的生长。进一步进行的活体接种实验也显示，在大豆感染核盘菌之后，接种淀粉分解芽孢杆菌可以有效抑制核盘菌的生长，减少大豆受到的损害。

dual RNA-seq结果分析核盘菌和淀粉分解芽孢杆菌的表达差异和相关性

测序数据分析结果显示：淀粉分解芽孢杆菌会显著抑制大豆核盘菌的基因表达，而核盘菌的出现会诱导淀粉分解芽孢杆菌的表达显著上调。

淀粉分解芽孢杆菌拮抗核盘菌的分子机理

对Gm-Ba-Ss和Gm-Ss处理进行配对比较，分析在有无淀粉分解芽孢杆菌的情况下大豆核盘菌DEG的整体功能差异，对所有差异基因进行KEGG和GO的富集分析及筛选后发现：ko03010（核糖体蛋白合成）、GO：0042254（核糖体生物发生）和GO：0003735（核糖体的结构成分）被显著富集；上述结果说明：淀粉分解芽孢杆菌是通过抑制核盘菌的核糖体形成，进而抑制其致病性。

荧光定量验证

对dual-RNA-seq的结果鉴定及富集到的通路和功能相关基因进行功能表达的荧光定量验证，结果显示，选出的7个基因其定量表达模式与测序表达模式一致。

 结果讨论 

许多研究表明，一些细菌可以产生抑制真菌生长发育的物质；研究中发现，芽孢杆菌是一种相对植物有益的细菌，其在生成过程中可以产生一系列抑制致病真菌和细活性的代谢物；该研究中对淀粉分解芽孢杆菌_L1进行一系列的调控验证实验和对核盘菌的拮抗作用实验，结果表明接种淀粉分解芽孢杆菌可以有效抑制核盘菌的基因表达。通过对接种淀粉分解芽孢杆菌前后的大豆感染核盘菌样品进行dual RNA-seq测序，分析测序结果显示，接种淀粉分解芽孢杆菌后，核盘菌的核糖体合成相关通路受到显著抑制，即淀粉分解芽孢杆菌通过抑制核盘菌核糖体亚基的基因表达，从而达到抑制核盘菌致病性的目的。

 文章简介

吉林师范大学程云清教授为第一作者，刘剑锋教授通讯作者。该研究得到国家重点研发计划支持。

参考文献

Cheng Y, Gao X, He H, Zhang X, Wang R, Liu J. Dual RNA Sequencing Analysis of Bacillus amyloliquefaciens and Sclerotinia sclerotiorum During Infection of Soybean Seedlings by S. sclerotiorum Unveils Antagonistic Interactions. Front Microbiol. 2022 Jun 23;13:924313. doi: 10.3389/fmicb.2022.924313. PMID: 35814672; PMCID: PMC9260588.