小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究進(jìn)展

李東翱，劉慧泉，王秦虎

西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，陜西楊凌712100

小麥?zhǔn)俏覈?guó)最重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量與品質(zhì)受到高度重視[1]。小麥在整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)受到各種病害的威脅，其中小麥赤霉?。‵usarium head blight,FHB）是影響最為嚴(yán)重的病害之一。該病害造成的危害是多方面的，可導(dǎo)致小花不育、穗軸變色、枯萎，致使小麥籽粒產(chǎn)量下降[2]。此外，赤霉病發(fā)展過(guò)程中伴隨大量真菌毒素累積，如脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）和玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA），會(huì)顯著降低谷物品質(zhì)，人畜食用被毒素污染的谷物會(huì)嚴(yán)重?fù)p害身體健康[3]。為此，國(guó)際糧食機(jī)構(gòu)對(duì)可流通的糧食產(chǎn)品中毒素含量制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

小麥赤霉病的主要病原菌是禾谷鐮刀菌（Fusarium graminearum）。禾谷鐮刀菌有性生殖產(chǎn)生的子囊孢子是小麥赤霉病的主要初侵染源[5]。子囊孢子在風(fēng)力作用下接觸到小麥穗，遇到合適的條件萌發(fā)并產(chǎn)生侵染菌絲。菌絲最初不會(huì)直接穿透寄主表皮，相反，它們?cè)谛』ê头f片的外表面上生長(zhǎng)，并向花序內(nèi)的氣孔和其他部位延伸。之后，菌絲在穎片表皮和表皮細(xì)胞壁之間形成特殊的侵染結(jié)構(gòu)穿透表皮侵入細(xì)胞內(nèi)。菌絲還可以直接穿過(guò)氣孔或薄壁組織侵入細(xì)胞，最終定殖于小麥穗部，造成穗部枯萎[6-7]。禾谷鐮刀菌以有性繁殖產(chǎn)生的子囊殼在土壤或植物病殘?bào)w中越冬，并在來(lái)年春季開(kāi)始新的病害循環(huán)[5]。

一些唑類(lèi)殺菌劑對(duì)禾谷鐮刀菌有良好的防治效果，也是目前主要的防治方法。輪作、土壤消毒等措施[8-9]也可在一定程度上減少赤霉病的發(fā)生。但是這些方法也存在一些不足的地方，如噴灑唑類(lèi)殺菌劑的覆蓋率和時(shí)機(jī)難于把握[10]?？傮w而言，培育抗性品種仍是未來(lái)有效防治赤霉病的最佳策略[9,11]。為此，研究者一直致力于小麥抗赤霉病品種的培育。蘇麥3號(hào)和望水白具有良好赤霉病抗性[8]，也在抗病育種中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于受赤霉病抗源利用效率低、表型鑒定變異大以及抗性和豐產(chǎn)性難以有效結(jié)合等因素影響，致使抗病品種培育困難重重。

隨著禾谷鐮刀菌與小麥基因組序列的公開(kāi)發(fā)表[12-13]，以及基因芯片[14]、RNA-seq技術(shù)的成熟與發(fā)展[15]，科學(xué)家們應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)對(duì)真菌與作物的相互作用進(jìn)行了廣泛而深入的研究。這些研究使我們對(duì)病原菌侵染和寄主防御的分子機(jī)制有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，可幫助我們了解小麥抗FHB的潛在機(jī)制、鑒定與FHB抗性相關(guān)的基因，以更好的促進(jìn)抗FHB小麥品種的培育。綜述小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究進(jìn)展，有望為更好地研究小麥抗FHB機(jī)理與赤霉病的防治提供一些新的視野。

大量轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)艿胶坦如牭毒秩竞?，其基因表達(dá)發(fā)生了大量變化。不同抗性品種、穗部器官、籽粒發(fā)育時(shí)期的小麥穗部組織受到禾谷鐮刀菌侵染時(shí)的基因表達(dá)情況、以及禾谷鐮刀菌侵染時(shí)小麥的激素響應(yīng)、信號(hào)傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和防衛(wèi)相關(guān)基因的表達(dá)情況均不相同（表1）。

表1 禾谷鐮刀菌侵染時(shí)小麥差異表達(dá)基因和差異累積代謝物Table 1 Differentially expressed genes and differentially accumulated metabolites in wheat during Fusarium graminearum infection

1 抗、感FHB小麥品種（系）在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)的轉(zhuǎn)錄組差異

研究者根據(jù)小麥對(duì)FHB的抗性，將FHB抗性歸納成五類(lèi)，即抗侵入、抗擴(kuò)展、籽粒抗性、耐病型和抗毒素積累[16]。目前已經(jīng)鑒定出了一些抗FHB的小麥品種，它們攜帶有與小麥抗FHB擴(kuò)展相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）[17]。通過(guò)對(duì)攜有主效抗擴(kuò)展QTL的蘇麥3號(hào)和3個(gè)加拿大小麥品種進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組比較分析，發(fā)現(xiàn)植物激素水楊酸（SA）和茉莉酸（JA）正調(diào)控小麥對(duì)赤霉病的抗性，而生長(zhǎng)素（AUX/IAA）和脫落酸（ABA）可能與赤霉病的感病性相關(guān)；此外，乙烯（ET）似乎在小麥對(duì)赤霉病的抗性和感病性中起雙重作用[18]。蘇麥3號(hào)與感病品種Roblin的代謝組差異主要集中在苯丙烷和類(lèi)黃酮代謝物上[19]。通過(guò)比較攜帶不同F(xiàn)HB抗性QTL的Nyubai、Wuhan 1、HC374小麥和感病小麥Shaw的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)侵染2 d的感病小麥品種中許多絲氨酸/蘇氨酸激酶、具有PAMP識(shí)別功能的亮氨酸重復(fù)（LRR）受體激酶（RK）基因上調(diào)[20-21]。而在侵染4 d后，許多ET響應(yīng)基因、WRKY、Myb、bZIP和NAC轉(zhuǎn)錄因子基因在感病品種中上調(diào)[21]。研究者還發(fā)現(xiàn)，這3種小麥（Nyubai、Wuhan 1、HC374）的FHB抗性與一些谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）、膜蛋白和一些不同的LRR-RK（leucine-rich receptor-like kinase）基因相關(guān)[21]。

2 小麥穗不同器官在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)的轉(zhuǎn)錄組差異

小麥穗主要由6個(gè)不同的器官組成，包括穎片、外稃、內(nèi)稃、花藥、子房和穗軸。禾谷鐮刀菌侵染后，許多PR蛋白、熱休克蛋白、R蛋白同源蛋白、活性氧爆發(fā)、蛋白合成和PAL途徑基因顯著上調(diào)[22]。該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，禾谷鐮刀菌侵染時(shí)，苞片組織（穎片、外稃和內(nèi)稃）的基因表達(dá)模式相似，且與穗軸的基因表達(dá)模式相近；子房和花藥則表現(xiàn)出獨(dú)特的基因表達(dá)模式[22]。在75個(gè)差異表達(dá)的unigenes中，穎片和穗軸特異的unigenes分別有22和21個(gè)，而子房特異的unigenes只有4個(gè)[22]。有意思的是，一些WRKY轉(zhuǎn)錄因子基因特異在穗軸侵染時(shí)上調(diào)[22]。因此，小麥穗部不同器官應(yīng)對(duì)禾谷鐮刀菌侵染的轉(zhuǎn)錄組反應(yīng)不盡相同。

3 小麥籽粒不同發(fā)育時(shí)期在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)的轉(zhuǎn)錄組差異

利用禾谷鐮刀菌接種感病小麥Recital籽粒的5個(gè)不同發(fā)育階段（胚乳細(xì)胞分裂階段/50℃d、胚乳細(xì)胞分化階段/150℃d、灌漿開(kāi)始/250℃d、灌漿結(jié)束/350℃d、450℃d）并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，共鑒定出差異表達(dá)基因1 309個(gè)，其中受禾谷鐮刀菌特異影響的有536個(gè)[23]。這些特異誘導(dǎo)的基因大多參與植物對(duì)真菌的防衛(wèi)反應(yīng)、谷胱甘肽代謝過(guò)程、ATP分解代謝過(guò)程、JA響應(yīng)、BR代謝過(guò)程等[23]。值得注意的是，其中有40個(gè)基因可能與DON毒素解毒相關(guān)，如UDP-glycosyltransferases、Glutathione S-transferases、Cytochromes P450、PDRs等[23]。通過(guò)雙因素方差分析，該研究還鑒定出了172個(gè)依賴(lài)于小麥籽粒發(fā)育狀態(tài)的侵染響應(yīng)基因[23]。根據(jù)基因表達(dá)模式的差異，可將這172個(gè)基因分為五類(lèi)：第一類(lèi)基因在侵染響應(yīng)后期（灌漿結(jié)束時(shí)期）急劇下調(diào)，這類(lèi)基因主要參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控和淀粉合成；第二類(lèi)為11個(gè)早期侵染響應(yīng)（胚乳細(xì)胞分裂階段）基因，其大多數(shù)功能未知，有3個(gè)基因與侵染過(guò)程中的激素響應(yīng)和信號(hào)傳遞有關(guān)；第三類(lèi)和第五類(lèi)基因響應(yīng)侵染較遲（灌漿結(jié)束時(shí)期上調(diào)），其功能主要和藥物響應(yīng)、糖代謝、糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解以及基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)；第四類(lèi)在響應(yīng)侵染中期（灌漿開(kāi)始時(shí)期）下調(diào)、卻在后期（灌漿結(jié)束時(shí)期）上調(diào)，該類(lèi)基因沒(méi)有明顯的功能富集[23]。

4 禾谷鐮刀菌侵染時(shí)小麥激素信號(hào)途徑相關(guān)基因的表達(dá)特征

禾谷鐮刀菌侵染小麥可以激活植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生防御反應(yīng)[24]。這些植物激素可作為信號(hào)分子，并通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控抗病相關(guān)的基因表達(dá)或抑制感病相關(guān)基因表達(dá)，從而抵御病原菌的入侵[25]。深入研究各激素信號(hào)途徑響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的分子機(jī)制，可幫助我們更好地理解這一復(fù)雜關(guān)系，設(shè)計(jì)出更有效、更精確的防治策略。

4.1 水楊酸(SA)

對(duì)蘇麥3號(hào)和感病品種Stettler、Muchmore進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析顯示，差異表達(dá)的激素相關(guān)基因中與SA信號(hào)產(chǎn)生相關(guān)的基因是最多的。與感病品種Stettler、Muchmore相比，蘇麥3號(hào)也有著較高的SA水平，說(shuō)明SA濃度的持續(xù)升高與其抗病性增強(qiáng)有關(guān)[18]。望水白及其感病突變體Meh0106的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究表明，禾谷鐮刀菌侵染時(shí)望水白中SA途徑被迅速激活，而Meh0106中SA途徑的激活被延遲[26]。禾谷鐮刀菌為半活體營(yíng)養(yǎng)真菌，其侵染早期存在短暫的活體寄生階段。這些轉(zhuǎn)錄組研究的結(jié)果都與SA信號(hào)途徑在抵御活體營(yíng)養(yǎng)型病原菌的作用是相吻合的[27]。相應(yīng)地，無(wú)論是在小麥中表達(dá)擬南芥NPR1基因，還是直接通過(guò)土壤浸透施加SA，均可增加小麥對(duì)FHB的抗性[28-29]。而望水白與其感病突變體NAUH117之間在SA途徑上并無(wú)差異[30]，這可能是由于望水白的數(shù)量抗性復(fù)雜，而NAUH117突變的基因與SA并無(wú)直接關(guān)系造成的，與其他研究結(jié)果并不沖突。

4.2 茉莉酸(JA)

茉莉酸途徑也在小麥抗FHB過(guò)程中起重要作用[31-32]。蘇麥3號(hào)受到禾谷鐮刀菌侵染后，JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和應(yīng)答途徑相關(guān)基因的激活比其他感病品種（Stettler、Muchmore）更快、更強(qiáng)，JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)水平比這些易感品種高至少3倍[18]。在望水白轉(zhuǎn)錄組中共鑒定到25個(gè)與JA途徑相關(guān)的基因，包括14個(gè)負(fù)責(zé)JA生物合成的基因（LOX、AOS、AOC和OPR3）[33]，以及11個(gè)參與JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因（COI1、JAZ和MYC2）[34]，這些JA合成基因如LOX與OPR3在望水白與NAUH117中差異表達(dá)[30]。有趣的是，負(fù)責(zé)JA信號(hào)傳導(dǎo)的1個(gè)COI1和3個(gè)JAZ基因僅在望水白中表達(dá)[30]。這表明望水白中JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而感病品種中JA信號(hào)途徑極有可能被阻斷[30]。與這些結(jié)果一致，在小麥穗上外源添加MeJA可增強(qiáng)寄主對(duì)FHB的抗性[28]。

4.3 乙烯(ET)

蘇麥3號(hào)轉(zhuǎn)錄測(cè)序表明ET途徑正調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性[18,32]。望水白及其感病突變體Meh0106的轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果也顯示，ET途徑正調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性。然而，在望水白及其感病突變體NAUH117中，盡管其ET生物合成途徑均響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染，但只有NAUH117的ET信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑上調(diào)[30]，表明ET途徑可能負(fù)調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性。類(lèi)似地，Pan等[21]發(fā)現(xiàn)ET途徑基因高表達(dá)與Shaw的感病性相關(guān)。不僅如此，研究者還發(fā)現(xiàn)禾谷鐮刀菌可以利用ET信號(hào)途徑促進(jìn)其在擬南芥和小麥上的定殖[35]。一般認(rèn)為，ET信號(hào)激活對(duì)腐生性較強(qiáng)的病原菌具有防御作用[36-37]，目前的研究表明乙烯對(duì)小麥抗赤霉病可能具有雙重作用[26,32]。有觀點(diǎn)認(rèn)為，在蘇麥3號(hào)中，ET在侵染早期正調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性；在侵染后期，ET則通過(guò)促進(jìn)組織衰老促進(jìn)小麥感病[18]。

4.4 脫倍酸(ABA)

ABA可通過(guò)關(guān)閉氣孔防止病原菌進(jìn)入或拮抗SA/JA促進(jìn)植物感病[38]。由于禾谷鐮刀菌很少通過(guò)氣孔侵入小麥穗部，所以ABA介導(dǎo)的氣孔關(guān)閉對(duì)小麥防御FHB幾乎沒(méi)有影響。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)，許多與ABA相關(guān)的基因上調(diào)，并在感病品種Shaw中表達(dá)更高，這表明ABA可能促進(jìn)了小麥對(duì)FHB的感病性[21]。研究者通過(guò)甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-methyl-azacytidine處理硬粒小麥以改變其胞嘧啶DNA甲基化，獲得了一些具有FHB抗性的硬粒小麥材料。對(duì)該小麥材料的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，許多與ABA相關(guān)的基因在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)下調(diào)表達(dá)，表明ABA可能負(fù)調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性[39]。對(duì)蘇麥3號(hào)的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在受到禾谷鐮刀菌侵染時(shí)，盡管ABA信號(hào)激活與響應(yīng)相關(guān)的基因上調(diào)，但是其生物合成與代謝相關(guān)的基因下調(diào)；進(jìn)一步的ABA含量測(cè)定結(jié)果表明蘇麥3號(hào)在侵染4 d時(shí)ABA累積顯著低于感病品種[18]。加之外源施加ABA可增加小麥對(duì)FHB的感病性[40-41]，可以認(rèn)為，ABA負(fù)調(diào)控小麥對(duì)FHB的抗性。

4.5 生長(zhǎng)素(AUX/IAA)

生長(zhǎng)素除了有調(diào)節(jié)莖的生長(zhǎng)速率、抑制側(cè)芽、促進(jìn)生根的作用，也參與植物防御反應(yīng)[42-43]。感病小麥品種Roblin在禾谷鐮刀菌侵染后，IAA大量累積[41]。轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，蘇麥3號(hào)被禾谷鐮刀菌侵染后IAA合成基因上調(diào)，且感病品種Muchmore積累了較多的游離IAA，表明IAA可能與小麥對(duì)FHB的感病性有關(guān)[18]。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，禾谷鐮刀菌侵染后IAA的合成、外排基因均上調(diào)，許多生長(zhǎng)素反應(yīng)因子下調(diào)、IAA活性負(fù)調(diào)控基因上調(diào)，在感病品種Shaw中這種現(xiàn)象更加明顯，表明植物可能在試圖克服IAA的不利影響[21]。這些研究結(jié)果表明IAA途徑與FHB感病性相關(guān)。

5 禾谷鐮刀菌侵染時(shí)差異表達(dá)的小麥信號(hào)通路基因

小麥?zhǔn)艿胶坦如牭毒秩竞?，鈣離子和活性氧/一氧化氮等信號(hào)分子調(diào)控基因往往被誘導(dǎo)，它們?cè)谡{(diào)控抗赤霉病及激活相關(guān)防御網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中起了重要的作用[21,26,44-46]。

5.1 Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

Ca2+作為細(xì)胞內(nèi)的第二信使，與植物體內(nèi)許多重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)[47]。植物受到病原菌侵染及高鹽、干旱、冷凍等脅迫下均可以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加，隨后激活鈣依賴(lài)的蛋白激酶，從而調(diào)控下游信號(hào)[48]。在望水白及其感病突變體NAUH117的比較轉(zhuǎn)錄組研究中，發(fā)現(xiàn)在禾谷鐮刀菌侵染后，質(zhì)膜Ca2+濃度調(diào)節(jié)基因PMCA，以及與Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的許多CaM、CDPKs、CIPK和CaSR基因均差異表達(dá)[30]。類(lèi)似地，望水白和感病突變體Meh0106的比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究、以及具有FHB抗性硬粒小麥突變體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究均表明，小麥與禾谷鐮刀菌互作中Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被激活[26,39]。

5.2 ROS/NO反應(yīng)

活性氧（ROS）與一氧化氮（NO）是重要的信號(hào)分子，參與許多重要生物反應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在病原菌侵染時(shí)，ROS、NO會(huì)在短時(shí)間內(nèi)大量產(chǎn)生，與植物基礎(chǔ)防衛(wèi)相關(guān)[49-51]。在小麥與禾谷鐮刀菌互作時(shí)，許多ROS/NO產(chǎn)生及清除系統(tǒng)基因的表達(dá)顯著改變，并且在抗FHB和感FHB的小麥中明顯不同[26,30]。這些基因主要包括活性氧產(chǎn)生與清除的NOX、APX、POD、GPX、SOD、CAT,NO產(chǎn)生與清除的NOS、PRX等[26,30]。

6 禾谷鐮刀菌侵染時(shí)差異表達(dá)的小麥轉(zhuǎn)錄因子基因

植物受到環(huán)境脅迫時(shí)，會(huì)合成大量的轉(zhuǎn)錄因子，用以調(diào)控特定基因表達(dá)并傳遞脅迫信號(hào)，從而激活植物的防御反應(yīng)[52]。轉(zhuǎn)錄因子在小麥與禾谷鐮刀菌互作中扮演著重要的角色。例如，小麥轉(zhuǎn)錄因子TaWRKY45受禾谷鐮刀菌侵染誘導(dǎo)表達(dá)，在小麥中過(guò)表達(dá)TaWRKY45可增加寄主對(duì)FHB的抗性[53]；類(lèi)似的，利用VIGS沉默TaWRKY70可降低下游相關(guān)基因TaACT、TaDGK和TaGLI1的表達(dá)，從而破壞小麥對(duì)FHB的抗性[54]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，大量轉(zhuǎn)錄因子參與小麥與禾谷鐮刀菌互 作。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw 4個(gè)小麥品種的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)，一些Ethylene-responsive、WRKY、Myb、bZIP和NAC類(lèi)型轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)與小麥對(duì)FHB的感病性相關(guān)[21]。對(duì)具有FHB抗性硬粒小麥突變體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，許多不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子基因在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)差異表達(dá)，包括13個(gè)bZIP家 族 轉(zhuǎn) 錄 因 子，26個(gè)AP2/EREBP(ERF)家族轉(zhuǎn)錄因子，以及32個(gè)WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子[39]。

7 禾谷鐮刀菌侵染時(shí)小麥防衛(wèi)相關(guān)基因的表達(dá)特征

7.1 病程相關(guān)（pathogenesis-related,PR）蛋白

PR蛋白是植物在病原菌脅迫下產(chǎn)生的一類(lèi)直接抵御病原菌的蛋白質(zhì)。2000年，研究者通過(guò)RT-PCR發(fā)現(xiàn)小麥中許多PR基因，如PR-1、PR-2、PR-3、PR-4、PR-5，在禾谷鐮刀菌侵染早期上調(diào)；且相比于感病品種Wheaton，蘇麥3號(hào)的PR-4和PR-5上調(diào)更早、更高[55]。比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，望水白和感病突變體NAUH117中許多PR-2、PR-3、PR-5、PR-14發(fā)生差異表達(dá)[30]。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，在禾谷鐮刀菌侵染下，有47個(gè)PR1、PR1-1和PR-4基因被禾谷鐮刀菌誘導(dǎo)表達(dá)[21]。與之一致，在具有FHB抗性硬粒小麥突變體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中，共鑒定出49個(gè)差異表達(dá)的PR基因[39]。

7.2 富含亮氨酸重復(fù)受體激酶(LRR-RK)

LRR-RK在植物發(fā)育和免疫中發(fā)揮重要作用[56]。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn)，在禾谷鐮刀菌侵染下，多種LRR-RKs基因被誘導(dǎo)表達(dá)[21]。同樣的，在具有FHB抗性硬粒小麥突變體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究中，也發(fā)現(xiàn)了許多包含LRR結(jié)構(gòu)域的基因差異表達(dá)[39]。TaLRRK-6D，一個(gè)在禾谷鐮刀菌侵染早期被誘導(dǎo)的禾本科特異受體激酶基因，其沉默后小麥對(duì)FHB感病性明顯增加，表明TaLRRK-6D正調(diào)控小麥對(duì)FHB抗性[57]。

7.3 苯丙烷代謝途徑（PAL）

PAL途徑在寄主對(duì)病原菌的防衛(wèi)中起重要作用。代謝組研究發(fā)現(xiàn)抗性小麥蘇麥3號(hào)對(duì)FHB的抗性主要是由于苯丙烷和類(lèi)黃酮代謝物相關(guān)聯(lián)[19]。與之一致，許多苯丙烷和類(lèi)黃酮代謝通路的基因在小麥與禾谷鐮刀菌互作中差異表達(dá)。例如，比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)PAL途徑關(guān)鍵基因CCoMT在抗性小麥望水白中的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于其在感病突變體Meh0106的表達(dá)水平[26]。對(duì)具有FHB抗性硬粒小麥突變體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究表明所有受影響的181個(gè)次生代謝基因中，有將近三分之一的基因?yàn)镻AL途徑基因[39]。同樣的，對(duì)冬小麥抗病品種Centenaire的轉(zhuǎn)錄組研究，發(fā)現(xiàn)接種禾谷鐮刀菌后PAL途徑基因C4H上調(diào)表達(dá)[58]。對(duì)Nyubai、Wuhan1、HC374和Shaw 4個(gè)小麥品種的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，接種禾谷鐮刀菌后，其芳香族氨基酸代謝相關(guān)基因，特別是色氨酸生物合成相關(guān)的基因上調(diào)表達(dá)[21]；而色氨酸是許多苯丙烷和木質(zhì)素的前體，它們有助于強(qiáng)化初級(jí)細(xì)胞壁，并參與阻止真菌在植物組織中的擴(kuò)增[59]。

8 展望

近年來(lái),應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析小麥與禾谷鐮刀菌的互作，為我們帶來(lái)了很多新的見(jiàn)解。通過(guò)比較抗、感FHB小麥品種的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)不同F(xiàn)HB抗性品種有著不同的抗病策略，不同的抗病策略有不同的基因轉(zhuǎn)錄特征。這些研究厘清了賦予小麥抗FHB的主要途徑，也明確了導(dǎo)致小麥感FHB的相關(guān)因子。通過(guò)比較禾谷鐮刀菌侵染時(shí)小麥穗上不同器官的轉(zhuǎn)錄組差異，確認(rèn)了小麥不同組織對(duì)FHB抗性的差異，也明確了小麥不同組織應(yīng)對(duì)禾谷鐮刀菌侵染的不同轉(zhuǎn)錄組特征。比較小麥籽粒不同發(fā)育時(shí)期在禾谷鐮刀菌侵染時(shí)的轉(zhuǎn)錄組差異，鑒定了一系列不同籽粒發(fā)育時(shí)期響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的特異基因和生物學(xué)過(guò)程。

通過(guò)分析感染FHB的小麥轉(zhuǎn)錄組，使我們對(duì)小麥防御禾谷鐮刀菌的分子機(jī)制有了更全面的認(rèn)識(shí)，了解了FHB感染時(shí)小麥的激素響應(yīng)、信號(hào)傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和防衛(wèi)相關(guān)基因的表達(dá)與FHB抗性的聯(lián)系。對(duì)禾谷鐮刀菌侵染時(shí)差異表達(dá)的小麥激素信號(hào)途徑相關(guān)基因、代謝物研究表明：SA激素途徑及JA激素途徑與小麥抗FHB密切相關(guān)，而IAA激素途徑、ABA激素途徑與小麥感FHB有關(guān)，ET激素途徑則具有雙重作用。小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的主要基因還包括一些Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑基因、ROS/NO反應(yīng)相關(guān)基因、WRKY與bZIP轉(zhuǎn)錄因子基因、PR基因、LRR-RK基因，以及PAL途徑相關(guān)基因。

目前，小麥響應(yīng)禾谷鐮刀菌侵染的轉(zhuǎn)錄組研究已取得了巨大進(jìn)展，但是依然有需要進(jìn)一步研究或改進(jìn)的地方。首先，由于不同實(shí)驗(yàn)室所使用的小麥材料、禾谷鐮刀菌菌株、接種方法、取樣時(shí)間、測(cè)序平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析方法的差異，使得這些不同的轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果之間難以比較，未來(lái)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步尋找不同轉(zhuǎn)錄組分析的同質(zhì)化方法，或者使用相同或類(lèi)似的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。其次，考慮基因表達(dá)水平有時(shí)與其蛋白累積水平不成正比，加之一些翻譯后修飾的存在，未來(lái)應(yīng)當(dāng)多開(kāi)展轉(zhuǎn)錄組-蛋白組-代謝組聯(lián)合分析，以全面揭示研究對(duì)象的調(diào)控規(guī)律。此外，盡管通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析已鑒定出許多潛在的對(duì)FHB抗性具有不同調(diào)控作用的基因，但迄今為止，只有少數(shù)基因通過(guò)在植物中過(guò)表達(dá)和沉默進(jìn)行了功能驗(yàn)證。對(duì)這些基因功能的深入解析，有望揭示其參與小麥對(duì)FHB抗性的分子機(jī)理，并為將來(lái)通過(guò)基因編輯等手段防控小麥赤霉病提供新的候選基因。