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大豆(Glycine max)作为粮油和蛋白质的重要来源，对人类饮食十分重要。大豆孢囊线虫(Soybean cyst nematode)是危害大豆生产的最严重的病害之一，每年导致大豆产量损失在10-40%，制约着大豆生产。种植抗病品种是最有效的防治措施之一。近年来，筛选大豆抗SCN种质资源以及鉴定SCN抗性位点取得了一些成果，但其调控的分子机制以及抗病基因的高效利用仍需进一步探索。
本研究利用RNA-seq技术对感病品种Williams82(W82)和抗病品种PI88788受大豆孢囊线虫(HG type 0)侵染或未侵染的根组织进行测序，筛选了14个受线虫侵染后表达量显著上调的基因，并通过qRT-PCR检测RNA-seq结果的准确性。进一步扩增这些基因的启动子，构建了一系列启动子-GUS的双元表达载体，通过发根农杆菌介导的毛状根转化体系研究启动子的表达模式，获得了4个线虫诱导型启动子，并证明了这4个启动子受线虫诱导的高效活性，取得的主要结果如下：
1.对大豆抗病品种PI88788和感病品种W82受SCN侵染的根组织转录组数据进行分析(log2FC＞1)，发现较于未受SCN侵染的根组织，侵染后的W82中共有3187个差异表达基因(DEGs)，而在抗性品种PI88788中，侵染后共有6084个DEGs。聚类分析、GO功能分析和KEGG代谢途径富集分析，结果显示：SCN侵染后，抗感大豆的根中参与苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、异黄酮生物合成、植物信号转导以及次级代谢物生物合成的基因表达显著上调。
2.构建了14个启动子-GUS双元表达载体，并转入大豆根部，得到的各启动子的GUS染色结果情况各异，从中筛选到4个在大豆根部受SCN诱导表达明显的启动子，分别来自Glyma.05g147000(编码咖啡酰基辅酶A氧甲基转移酶)、Glyma.06g036700(编码铜氧还蛋白)、Glyma.09g040400(编码MLP423蛋白)和Glyma.10g165800(编码MYB转录因子)。它们主要参与了植物的代谢过程和抗病反应。
3.启动子的顺式作用元件的预测分析发现：4个受SCN诱导的启动子序列含有许多根特异性元件、损伤诱导元件以及激素反应元件等。选取其中以Glyma.06g036700为代表铜氧还蛋白家族和以Glyma.09g040400为代表的MLP423基因家族进行激素处理的模式分析，发现激素诱导的qRT-PCR结果与元件预测结果基本一致。铜氧还蛋白基因家族主要受JA诱导上调表达，MLP423基因家族主要受SA诱导调控。同时也对启动子进行了截短分析，得到了不同长度的具有线虫诱导活性的启动子。
4.利用已知的两个重要抗性基因(α-SNAP和丝氨酸羟甲基转移酶基因SHMT)的超表达和基因沉默，我们验证了筛选的线虫侵染诱导型启动子的表达效率：发现其过表达抗性基因可增加感病品种对线虫的抗性，而在抗性品种中沉默抗性基因导致抗性降低。
综上所述，本研究通过RNA-seq技术分析SCN侵染或未侵染的抗感品种的转录组数据，探究抗感品种与SCN互作间的表达差异，并发现了许多在SCN侵染后显著上调表达的基因，经过一系列实验验证得到了4个在大豆根部表达的线虫诱导型启动子，且在转基因大豆中准确调控抗性基因的表达。本研究筛选鉴定的线虫诱导型启动子能在植物中特异表达外源基因且不会对植物产生的负效应，为进一步研究大豆与SCN互作机制以及抗虫分子设计育种提供新工具。
本研究利用RNA-seq技术对感病品种Williams82(W82)和抗病品种PI88788受大豆孢囊线虫(HG type 0)侵染或未侵染的根组织进行测序，筛选了14个受线虫侵染后表达量显著上调的基因，并通过qRT-PCR检测RNA-seq结果的准确性。进一步扩增这些基因的启动子，构建了一系列启动子-GUS的双元表达载体，通过发根农杆菌介导的毛状根转化体系研究启动子的表达模式，获得了4个线虫诱导型启动子，并证明了这4个启动子受线虫诱导的高效活性，取得的主要结果如下：
1.对大豆抗病品种PI88788和感病品种W82受SCN侵染的根组织转录组数据进行分析(log2FC＞1)，发现较于未受SCN侵染的根组织，侵染后的W82中共有3187个差异表达基因(DEGs)，而在抗性品种PI88788中，侵染后共有6084个DEGs。聚类分析、GO功能分析和KEGG代谢途径富集分析，结果显示：SCN侵染后，抗感大豆的根中参与苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、异黄酮生物合成、植物信号转导以及次级代谢物生物合成的基因表达显著上调。
2.构建了14个启动子-GUS双元表达载体，并转入大豆根部，得到的各启动子的GUS染色结果情况各异，从中筛选到4个在大豆根部受SCN诱导表达明显的启动子，分别来自Glyma.05g147000(编码咖啡酰基辅酶A氧甲基转移酶)、Glyma.06g036700(编码铜氧还蛋白)、Glyma.09g040400(编码MLP423蛋白)和Glyma.10g165800(编码MYB转录因子)。它们主要参与了植物的代谢过程和抗病反应。
3.启动子的顺式作用元件的预测分析发现：4个受SCN诱导的启动子序列含有许多根特异性元件、损伤诱导元件以及激素反应元件等。选取其中以Glyma.06g036700为代表铜氧还蛋白家族和以Glyma.09g040400为代表的MLP423基因家族进行激素处理的模式分析，发现激素诱导的qRT-PCR结果与元件预测结果基本一致。铜氧还蛋白基因家族主要受JA诱导上调表达，MLP423基因家族主要受SA诱导调控。同时也对启动子进行了截短分析，得到了不同长度的具有线虫诱导活性的启动子。
4.利用已知的两个重要抗性基因(α-SNAP和丝氨酸羟甲基转移酶基因SHMT)的超表达和基因沉默，我们验证了筛选的线虫侵染诱导型启动子的表达效率：发现其过表达抗性基因可增加感病品种对线虫的抗性，而在抗性品种中沉默抗性基因导致抗性降低。
综上所述，本研究通过RNA-seq技术分析SCN侵染或未侵染的抗感品种的转录组数据，探究抗感品种与SCN互作间的表达差异，并发现了许多在SCN侵染后显著上调表达的基因，经过一系列实验验证得到了4个在大豆根部表达的线虫诱导型启动子，且在转基因大豆中准确调控抗性基因的表达。本研究筛选鉴定的线虫诱导型启动子能在植物中特异表达外源基因且不会对植物产生的负效应，为进一步研究大豆与SCN互作机制以及抗虫分子设计育种提供新工具。