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甘蔗（Saccharum spp.）是最重要的糖料作物，花叶病（Sugarcane mosaic disease）是一种世界性的甘蔗主要病害，影响甘蔗产量及其含糖量。该病有多种病原，其中高粱花叶病毒（Sorghum mosaic virus, SrMV）是近十多年来我国蔗区甘蔗花叶病的优势病原。有关该病的研究主要集中在病菌检测、群体遗传、致病机制以及通过沉默病毒蛋白基因改良目标甘蔗品种的抗病性。但是，针对甘蔗受花叶病毒侵染过程中相关信号通路、差异表达基因与蛋白、互作基因与蛋白等，研究有待深入。miRNA作为植物生长发育与抵御逆境的关键调节因子，能够通过调控靶基因的表达参与植物的各项生命活动。迄今，在甘蔗对SrMV感染的反应中，关于miRNA及其调控网络的研究尚未见报道。

2022年5月19日，福建农林大学阙友雄/许莉萍团队在BMC Plant Biology在线发表了题为“Systematic identification of miRNA-regulatory networks unveils their potential roles in sugarcane response to Sorghum mosaic virus infection”的研究论文。该研究利用高通量测序和生物信息学技术，首次构建了甘蔗抗病和感病基因型受SrMV侵染后的miRNA富集文库；其次，根据miRNA表达丰度的变化，鉴定SrMV诱导的差异表达miRNA及其靶基因；再次，通过实时荧光定量PCR及在本氏烟中过表达miRNA，验证差异表达miRNA的功能，揭示其在SrMV侵染下调控的分子机理。最后，构建了甘蔗应答SrMV侵染的差异表达miRNA及其靶基因的调控网络图。

该研究对感染SrMV的甘蔗感花叶病品种ROC22和抗花叶病品种FN39的叶片样本进行了sRNA-seq分析，共鉴定出132个成熟的miRNA和1037个预测的靶基因。此外，在抗病品种FN39中，感染SrMV后，差异表达的miRNA及其靶基因较感病品种ROC22的丰富（图1A和B）。GO和KEGG富集分析表明，差异表达miRNA的靶基因参与多种抗病相关途径，如mRNA surveillance、plant pathway interaction、sulfur metabolism和autophagy regulation（图1C）。

图1 甘蔗抗病和感病基因型受SrMV侵染后的差异表达miRNA及其靶基因

进一步，利用荧光定量PCR验证了测序数据的可靠性以及候选差异表达的miRNA与其靶基因在ROC22和FN39中的表达模式/调控关系（图2A和B）。此外，从感染SrMV的ROC22叶片中，我们从甘蔗中克隆获得了3个差异表达的新miRNA的前体序列，过表达分析表明这些miRNA前体可以诱导烟草体内过氧化氢的积累和超敏反应标记基因、水杨酸反应基因和乙烯合成依赖基因的表达，推测这三个miRNA可能参与调节甘蔗SrMV感染后的早期免疫应答（图2 C）。我们还在综合分析的基础上，绘制了甘蔗应答SrMV侵染的差异表达miRNA及其靶基因的调控网络图（图2 D）。

图2 甘蔗应答SrMV侵染的差异表达miRNA及其靶基因的调控网络

以上研究丰富了甘蔗miRNA文库，并有望为利用基因工程技术创制甘蔗抗病材料与培育抗花叶病品种提供潜在的抗病基因与miRNA作用靶点。

福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室、国家甘蔗工程技术研究中心/农学院苏亚春副研究员为该论文第一作者，阙友雄研究员和许莉萍研究员为该论文的共同通讯作者，吴期滨助理研究员参与了该研究。福州市农业科学研究所彭琼硕士、玉林师范学院凌辉博士和福建农林大学生命科学学院尤垂淮博士共同参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系项目和国家自然科学基金的资助。

https://doi.org/10.1186/s12870-022-03641-6