近日，西北农林科技大学农学院单卫星教授团队在《Horticulture Research》在线发表了一项重要研究成果，题为“Genome-wide DNA methylation landscape and its association with the transcriptome reprogramming in potato in response to Phytophthora infestans infection”。该研究系统揭示了马铃薯在遭遇致病疫霉（Phytophthora infestans）侵染早期阶段全基因组DNA甲基化的动态变化特征，并深入探讨了这些表观遗传修饰与转录组重编程之间的内在联系。
作为全球重要的粮菜兼用作物，马铃薯对保障粮食安全具有不可替代的作用。然而，由致病疫霉引发的晚疫病长期以来严重制约其生产。历史上，19世纪40年代的爱尔兰大饥荒便是由该病害引发，造成上百万人死亡；时至今日，晚疫病仍被联合国粮农组织列为全球最具破坏性的农作物病害之一，每年造成的经济损失高达约100亿美元。在植物应对病原侵染的过程中，DNA甲基化作为一种关键的表观遗传调控机制，不仅参与调控免疫相关基因的表达，还在维持逆境下基因组稳定性方面发挥着重要作用。
本研究以我国广泛种植的高产抗病马铃薯品种“青薯9号”为材料，利用从田间分离的致病疫霉对叶片进行接种处理，结合全基因组Bisulfite测序（BS-seq）与RNA测序（RNA-seq）技术，全面解析了侵染早期马铃薯基因组甲基化状态与基因表达谱的协同变化。研究发现，在感染初期，与水杨酸和乙烯信号通路、病程相关（PR）蛋白以及DNA甲基化调控相关的基因迅速被激活，但随着植物组织开始出现坏死，这些基因的表达水平又迅速下降。与此同时，全基因组DNA甲基化水平呈现出先降低后升高的动态趋势，其中CHH类型的甲基化变化尤为显著，主导了整体甲基化模式的重塑。在侵染后期，差异甲基化位点明显富集于基因区域，提示甲基化修饰可能直接参与调控基因表达。
进一步分析表明，DNA甲基化的变化与后续的转录响应密切相关，而这种关联受到多种因素的影响，包括甲基化序列背景（CG、CHG或CHH）、甲基化位点所处的基因组区域（如外显子、内含子、启动子或下游区）等。特别值得注意的是，编码NB-LRR类抗病蛋白的基因在外显子区域表现出显著的低甲基化，且这种甲基化状态的改变与其在侵染后期表达下调高度相关。此外，研究还观察到，“青薯9号”在未受侵染状态下即已维持较高水平的抗病基因基础表达，这或许正是其具备较强田间抗性的分子基础之一。
这项工作不仅描绘了马铃薯在致病疫霉侵染过程中DNA甲基化的全景图谱，更阐明了表观遗传机制如何通过调控转录重编程参与植物免疫应答的动态过程。研究结果为深入理解马铃薯—晚疫病互作的分子机制提供了新视角，也为未来通过表观遗传手段改良作物抗病性奠定了理论基础。
论文第一作者兼共同通讯作者为农学院马铃薯抗病与生物育种团队的田鹏副教授，单卫星教授为最终通讯作者。
