东北农大教授发表大豆花叶病毒互作机制方面的研究成果

近日,东北农业大学陈庆山教授团队辛大伟教授课题组在国际知名学术期刊《Plant.Cell & Environment》上在线发表了研究论文。该研究成果构建了大豆花叶病毒(SMV)侵染后的大豆叶片单细胞转录组图谱,并应用于大豆抗病毒相关基因的挖掘。

大豆花叶病毒(SMV)感染是影响大豆生产的重要因素之一,这种病害在全球各地的大豆种植区都有发生.能够导致大豆叶片出现花斑、形态异常、坏死,以及植株生长矮小、种子带有斑点等症状,从而严重损害大豆的产量和质量。为了理解SMV的致病机理并开发抗 SMV的大豆品种，有必要研究病毒与宿主植物细胞之间的相互作用,并明确病毒感染后宿主植物细胞内基因表达模式的变化。传统RNA测序技术的一个局限性在于它仅能提供样本中所有细胞的平均基因表达水平,不能揭示不同细胞类型间的表达差异,单细胞测序技术的发展为此类研究提供了一种新的解决手段。

在该研究中,科学家们利用带有绿色荧光蛋白标签的重组SMV毒株感染了易感大豆品种绥农14,并在感染后第7天,当系统叶开始显现绿色荧光时,采集了这些叶子进行单细胞转录组测序。此次实验共获取了50294 个细胞的转录本信息,并通过降维分析将其分为19个簇群。通过参考之前报道过的拟南芥标记基因在大豆中的同源基因表达情况以及 RNA原位杂交验证，这些簇群中有 18个被确定为代表表皮、叶肉和维管束三种细胞类型。此外，还确认了Glyma.17g166600、Glyma.15G057600和Glyma.10G039800作为表皮、叶肉和维管束细胞的新标记基因。

在这三种细胞类型中，维管束细胞在SMV感染后表现出最多的差异表达基因，并且这些基因主要富集于谷胱甘肽代谢途径。基于此,研究者进一步分析了大豆中的谷胱甘肽S-转移酶(GmGST)基因家族，鉴定了103个GmGST 成员，并发现GmGSTU23 和GmGSTU24在三类细胞中因SMV感染而显著上调表达。进一步实验表明,在烟草中过表达这两个基因能够有效抑制SMV的繁殖。该项研究为深入了解大豆与SMV之间相互作用机制提供了重要的理论基础。

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