派森諾生物與南京大學生命科學院攜手合作，于2019年5月24日在《MOLECULAR PLANT-MICROBE INTERACTIONS》上發表了六倍體小麥響應Bacillus velezensis 和Gaeumannomyces graminis 的比較轉錄組學和蛋白質組學分析的研究成果，影響因子3.649。
小麥生產受“take-all”的嚴重影響，這是一種由Gaeumannomyces graminis var（Ggt）引起的主要真菌病。有研究表明，內生生物防治細菌Bacillus velezensis CC09（Bv）具有特殊的疾病預防能力，然而，小麥Bv介導的抗真菌病的分子機制仍然未知。因此，本研究的目的是闡明小麥根系對Bv，Ggt反應的分子機制，使用RNA-seq和iTRAQ，研究Bv和Ggt在根系組織內可能的協同作用及其對小麥防御反應系統的潛在影響。
通過DEG的篩選發現，當兩種微生物攻擊小麥時，基因表達水平的變化比用單一微生物處理更為劇烈，特別是用于有益微生物（圖1,2,3,4）。RPKM數據的聚類分析顯示基因表達模式可分為七個聚類（圖5）。離散轉錄組對細菌和/或真菌定植的反應表明植物初級代謝的重新調整可能有助于植物對病原體攻擊的防御反應。
基因表達分析結果顯示，在Bv和Ggt共同定植的小麥中，JA含量可能會降低，而SA含量可能會增加（表1）。與Ggt感染相比，JA響應基因的表達在Bv + Ggt樣品中減弱。Bv可能導致細胞壁木質化的增加，或者Bv和Ggt之間的相互作用可能觸發植物中基因表達的復雜調節（表2，圖4,6,7,8）。
圖1：表達模式(A)和編碼NBS-LRR蛋白的DEG數(B)
圖2：通過來自概況4,17,10和1的數據計算的富集途徑
圖3：小麥根中隨機選擇基因的qRT-PCR分析
圖4：從當前轉錄組數據獲得的基因表達譜
圖5：DEG的分層聚類分析.PNG
圖6：茉莉酸（JA）生物合成概述
圖7：Bv，Ggt和Bv + Ggt對木質素生物合成的影響
圖8：木質素結構對Bv，Ggt和Bv + Gg定植的影響
表1：參與小麥根中JA和SA生物合成的基因表達譜（上下）
小麥的蛋白質組響應于Bv-, Ggt- and Bv+Ggt-概況
為了鑒定相對于對照植物在Bv，Ggt和Bv+Ggt定植的小麥根中差異表達的蛋白質（DEP），基于iTRAQ技術進行了定量蛋白質組學分析。根據DEP的標準鑒定(≥1.5-fold cutoff, P-value < 0.05），在783個鑒定的蛋白中，只有8種蛋白質，無論在Ggt-還是在Bv Ggt-定植的小麥根中，都顯示出顯著差異。然而，在Bv定植的小麥根中沒有鑒定出DEP。在這些DEP中，包括磷酸甘油酸激酶，磷酸烯醇丙酮酸羧化酶2，天冬氨酸氨基轉移酶，親環蛋白A和預測的蛋白質在Ggt-和Bv Ggt-定植的根中受到調節。Ggt定植的小麥根中，特異性調節了三種DEP，包括26S蛋白酶體非ATP酶調節亞基3,40S核糖體蛋白S16和Serpin-ZX。同樣，三個DEP在Bv Ggt定植的根中被特異性調節，包括內質蛋白樣蛋白，核糖體蛋白S6和絲氨酸羥甲基轉移酶，這可能有助于提高小麥抗性。
總共129種鑒定的蛋白質相應的轉錄物在RNA-seq數據中被表示。來自Bv，Ggt和Bv + Ggt處理的轉錄物和蛋白質數據顯示皮爾森相關性（r）分別為0.0196,0.0927和0.0116（圖10）。
圖9：Bv，Ggt和Bv + Ggt對茉莉酸（JA）和水楊酸（SA）生物合成的影響
木質素是一種芳香族聚合物，主要沉積在二次增稠的細胞壁中，硬化細胞壁。為了解木質素在單個或組合定植中的作用，研究了有益或致病微生物及木質素含量。小麥根橫切面的比較表明，與未接種的植物相比，接種Bv，Ggt或Bv + Ggt導致更多的木質化組織（圖8）。然而，實驗結果顯示在病原體存在下木質素含量增加，并在Bv + Ggt樣品中最高，表明Bv和Ggt的共感染進一步增強了次生壁厚度。
在這項研究中，通過對小麥感染微生物后的轉錄組和蛋白質組的比較分析，作者首次報道了六倍體小麥對Bacillus velezensis CC09，Gaeumannomyces graminis var 的響應機制，加深了對六倍體小麥有益菌株 - 病原真菌關系的理解，這可能為生物防治提供新的思路，并有助于緩解小麥作物相關疾病問題。
本研究的測序和數據分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
X Kang et al. ?Mol Plant Microbe Interact (2019). A comparative transcriptomic and proteomic analysis of hexaploid wheat’s responses to colonization by Bacillus velezensis and Gaeumannomyces graminis both separately and combined. Published Online:24 May 2019.
