Abstract
水稻抗病基因Pi9、Pitα、Pi21、Pi54等在水稻广谱抗稻瘟病中发挥着重要作用。利用这些广谱基因开发近等基因系（NILs）并了解其信号网络对于长期应对高度进化的稻瘟病菌菌株至关重要。本文研究了3个水稻抗稻瘟病近等基因系（PB1 Pi1、PB1 Pi9和PB1 Pi54）的转录水平变化，在PB1背景下寻找抗性系所特有的基因座。抗性NILs基因座与感病对照基因座的通径分析表明，植物次生代谢产物合成是NILs抗稻瘟病的共同机制。比较转录组分析有助于找出在PB1-Pi9和PB1-Pi54 NILs中显著差异表达位点的共表达基因簇。这些基因簇参与淀粉的合成和降解、脂肪酸的合成和延伸、磷脂的水解、苯丙酸的合成以及乙烯和茉莉酸的代谢。通过对每一个抗性NIL基因座的详细分析，我们确定了一个由每一个抗稻瘟病基因介导的信号通路网络。这项研究还提供了对转录组动力学的研究，指出了一组重要的候选基因，能够作为模块调节抗性。我们认为用Pi54聚合抗瘟基因Pi9将对稻瘟病菌产生最大的广谱抗性。
Introduction
- 稻瘟病介绍：广谱抗性基因在稻瘟病防治中发挥着重要的作用。
- 水稻抗病机制研究现状：对近等基因系（NILs）的转录体进行详细而系统的分析有助于理解抗病机制，因为这些基因系只在单个R基因上有所不同。
- 本研究的目的：利用RNA序列比较PB1及其携带Pi1、Pi9和Pi54基因的3个NIL在稻瘟病互作中的转录水平变化
Results
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NILs对不同稻瘟病菌抗性的表型分析：
image.png 比较全基因组表达谱：
a)测序结果的统计
b)生物学重复间的相关性。
c)差异表达分析
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每种抗性NILs特有显著差异表达基因的功能注释分析
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GO富集分析揭示了抗性niLs中与稻瘟病防御反应相关的生物学过程
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抗性NILs中显著差异表达基因的比较
113种共有的差异表达基因均参与一级和二级代谢及激素合成。主要代谢包括淀粉的合成和降解、脂肪酸的合成和延伸以及磷脂的水解。而次生代谢包括苯丙酸的合成；激素合成包括乙烯和茉莉酸的合成。
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pb1-pi9 24hpi与pb1-pi54 72hpi共有显著差异表达基因的网络分析
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各抗性NILs特异性的显著差异表达基因通路分析
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Discussion
利用6株稻瘟病菌对7株水稻抗稻瘟病NILs（PB1-Pi9、PB1-Pi54、PB1-Pi1、PB1-Pita、PB1-Pi5、PB1-Pib和PB1-Piz5）进行表型分析，有助于了解NILs中稻瘟病的毒力模式和抗性谱。PB1+Pi9、PB1+Pi1和PB1+Pi54的表型分析表明，这三个NILs更适合研究水稻抗病基因对稻瘟病的反应。
在具有共同遗传背景的水稻品系（PB1）中引入一个特定的抗稻瘟病基因，可以诱导不同的抗病基因集。
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Conclusions
分析了三个抗性NILs及其易感的回交亲本PB1的转录体，并鉴定了六个显著差异表达基因，它们在三个稻瘟病抗性NIL（PB1-Pi9、PB1-Pi54和PB1-Pi1）与M.oryzae互作24hpi中一起被诱导。显著差异表达基因的共表达网络分析提供了水稻抗稻瘟病品系共表达网络的蛋白质水平证据。通过对抗性NILs中PB1-Pi9-24hpi、PB1-Pi1-24hpi、PB1-Pi54-24和72hpi特异显著差异表达基因的通路分析、基因集富集和共表达分析，确定了PB1-Pi9和PB1-Pi54共有的广谱抗性机制。这些结果为选育具有广谱抗稻瘟病性的水稻品种提供了重要的候选基因。抗性NILs中PB1-Pi9-24hpi和PB1-Pi54-72hpi之间两个新的显著差异表达的选择性剪接变体（p值≤0.05）共同提供了一个更大的与广谱耐药相关的转录水平变化。对每一个NIL的抗性机制进行比较表明，Pi9基因对稻瘟病抗性水平的贡献率为52%，Pi54基因对稻瘟病抗性水平的贡献率为43%，Pi1基因对稻瘟病抗性水平的贡献率为5%。通过聚合Pi9和Pi54，育种家可以培育出对稻瘟病具有强大广谱抗性的品种。
Reference
Jain, P., Dubey, H., Singh, P.K. et al. Deciphering signalling network in broad spectrum Near Isogenic Lines of rice resistant to Magnaporthe oryzae. Sci Rep 9, 16939 (2019) doi:10.1038/s41598-019-50990-8
