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为解决小麦赤霉病（FHB）严重影响产量与食品安全问题，研究人员开展小麦抗 FHB 转录组研究。分析 6 种小麦材料转录组数据，鉴定出相关蛋白编码基因和 lncRNAs，构建调控网络。这为小麦遗传改良提供分子靶点11213。
小麦，作为全球重要的粮食作物，不仅是人类和动物饮食的关键组成部分，更是许多工业生产的重要原料。然而，近年来，一种名为赤霉病（Fusarium head blight，FHB）的病害却如同幽灵般笼罩着小麦种植产业，给全球小麦生产带来了巨大的挑战。
FHB 的爆发频率日益增加，这主要归因于全球气候变暖、雾雨天气增多、作物轮作模式变化以及病原菌对杀菌剂抗性增强等因素。在中国，FHB 的危害范围不断扩大，从传统的长江中下游地区迅速蔓延至北方和西部，尤其是在黄淮小麦产区，已然成为困扰麦农的一大难题。FHB 的危害是多方面的，它不仅会导致小麦穗部不育、千粒重下降，严重时可造成高达 80% 的产量损失，还会在小麦中产生有害的霉菌毒素，如脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），对食品安全和人类健康构成严重威胁。
面对 FHB 带来的严峻挑战，深入研究小麦对 FHB 的抗性机制，挖掘关键的抗性基因，成为了保障小麦产量和质量的关键所在。西北农林科技大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为小麦抗 FHB 研究领域带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。他们从美国国立生物技术信息中心（NCBI）的序列读取存档（SRA）数据库中获取了 36 个不同遗传背景小麦样本在接种禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）前后的转录组数据，这些样本涵盖了高抗、中抗和易感等多种抗性水平的小麦品种。接着，通过一系列生物信息学分析工具，如 Fastq-dump、FASTX-toolkit、HISAT2 等，对数据进行处理和分析，全面鉴定与小麦抗 FHB 相关的蛋白编码基因和长链非编码 RNA（lncRNAs）。同时，运用差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）等方法，深入探究基因和 lncRNAs 的表达模式及相互作用关系2310。
研究结果令人瞩目。首先是转录组变化的整体情况，研究人员分析了 6 个小麦品种的 RNA-seq 数据集，共获得 2.45 Tb 高质量的清洁读数，平均比对率超过 88%。研究发现，与蛋白编码基因相比，lncRNAs 具有组织特异性表达、外显子少、GC 含量低、转录本长度短和表达水平低等特点，且主要分布在 A 亚基因组4。
在对 FHB 处理后的小麦转录组分析中，研究人员发现共有 26,767 个蛋白编码基因和 2,463 个 lncRNAs 在至少一种材料中表现出差异表达，其中 14,130 个 FHB 响应蛋白编码基因和 913 个 lncRNAs 具有材料特异性。易感品种中国春（CS）在感染 FHB 后基因表达变化最为显著，而抗性品种苏麦 3 号（Sumai 3）、扬麦 158（Yangmai 158）和 XN511 的基因表达变化较小5。
功能分析进一步揭示了关键基因的作用。转录因子在小麦抗 FHB 过程中发挥着至关重要的作用，如 Tify、TCP、SBP 等多个转录因子家族在抗性品种中显著富集，它们通过调节抗性基因的表达参与小麦的抗病反应。同时，抗性品种在细胞成分、分子功能和生物学过程等方面也表现出显著的富集特征，涉及细胞壁元素、转移酶活性、免疫反应等多个方面。在与 FHB 抗性相关的代谢途径中，如水杨酸、茉莉酸和黄酮类代谢途径，多个基因呈现差异表达，这些基因通过激活免疫基因、产生信号分子和增强细胞壁等方式，增强小麦对 FHB 的抗性67。
lncRNAs 在小麦抗 FHB 过程中的作用也不容小觑。研究人员分析了 lncRNAs 的动态表达模式，发现抗性材料中存在大量特异性表达的 lncRNAs，这些 lncRNAs 可能通过与特定基因相互作用参与小麦的抗病过程。通过构建 lncRNA - mRNA 共表达网络，研究人员鉴定出了 cis - 调控和 trans - 调控的 lncRNA - 蛋白编码基因对，进一步揭示了 lncRNAs 在调控抗性基因表达中的潜在机制89。
通过整合 FHB 相关的数量性状位点（QTLs）与差异表达基因和 lncRNAs，研究人员构建了共表达网络，以展示病原菌与宿主之间的相互作用。在此过程中，他们发现了 5 个位于谷胱甘肽代谢通路的基因，这些基因与 Fhb2 QTLs 区域重叠，并呈现出材料特异性表达模式，为深入了解小麦抗 FHB 的分子机制提供了重要线索1113。
综上所述，该研究整合了多种抗性材料在 FHB 处理前后的转录组数据，系统分析了蛋白编码基因和 lncRNAs 的特征及表达模式。研究鉴定出的大量材料特异性基因和 lncRNAs，以及构建的共表达网络，为深入理解小麦抗 FHB 的分子机制提供了重要依据。同时，研究发现的关键抗性基因和代谢通路，为小麦遗传改良提供了极具潜力的分子靶点，有望助力培育出更具 FHB 抗性的小麦品种，对保障全球小麦产量和食品安全具有重要意义。
