摘""要：甘蔗鞭黑粉菌（Sporisorium"scitamineum）是引起甘蔗鞭黑穗?。╯ugarcane"smut）的重要病原菌，侵染甘蔗后通常誘導(dǎo)頂端分生組織產(chǎn)生灰黑色“黑鞭”，在部分甘蔗品種（系）中能誘導(dǎo)植株提前開(kāi)花，但其作用機(jī)制仍不明確。為了探究甘蔗響應(yīng)鞭黑粉菌侵染的開(kāi)花相關(guān)基因及其表達(dá)模式，本研究以同期健康和感染鞭黑粉菌的桂糖42甘蔗品種為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，共篩選出了3276個(gè)顯著差異表達(dá)基因，其中1677個(gè)基因上調(diào)表達(dá)（Plt;0.05），1599個(gè)基因下調(diào)表達(dá)（Plt;0.05）。GO富集分析發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因主要集中在生物合成過(guò)程、核糖體、核糖核蛋白復(fù)合體、核糖體結(jié)構(gòu)成分等小類(lèi)中。KEGG富集結(jié)果顯示差異表達(dá)基因主要集中在氨基酸的生物合成、嘌呤代謝、碳代謝、吞噬作用等代謝通路。篩選到30個(gè)與開(kāi)花途徑相關(guān)的差異表達(dá)基因，并對(duì)其中的FT1、PIE1、GID1、GA20ox-1、GA20ox-2等基因進(jìn)行了qRT-PCR驗(yàn)證，qRT-PCR結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果的可靠性。本研究結(jié)果為解析甘蔗鞭黑粉菌誘導(dǎo)甘蔗提前開(kāi)花表型的分子機(jī)理提供了重要的候選基因，對(duì)甘蔗的育種也有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：甘蔗；甘蔗鞭黑粉菌；轉(zhuǎn)錄組；開(kāi)花相關(guān)基因中圖分類(lèi)號(hào)：S566.1""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Identification"of"Early"Flowering"Related"Genes"of"Sugarcane"in"Response"to"Sporisorium"scitamineum"Infection"Based"on"RNA-Seq

WANG"Zhiyuan1，2，"LIANG"Hongcui2，"CAI"Jianhe3，"CHEN"Baoshan1，2，4*，"XU"Xiongbiao1，2，4*

1."Guangxi"Key"Laboratory"of"Sugarcane"Biology，"Nanning，"Guangxi"530004，"China;"2."College"of"Agriculture，"Guangxi"University，"Nanning，"Guangxi"530004，"China;"3."Plant"Protection"Research"Institute，"Guangxi"Academy"of"Agricultural"Sciences，"Nanning，"Guangxi"530007，"China;"4."State"Key"Laboratory"for"Conservation"and"Utilization"of"Subtropical"Agro-bioresources，"Nanning，"Guangxi"530004，"China

Abstract："Sporisorium"scitamineum，"the"pathogen"of"destructive"disease"smut，"usually"causes"abnormal"growth"of"meristematic"tissue"and"forms"a"“black"whip”"in"meristem"tissues."In"some"cases，"it"induces"formation"of"flowering"structures"in"some"sugarcane"cultivars"（genotypes），"but"the"exact"mechanism"remains"unclear."In"order"to"explore"flowering"related"genes"and"the"expression"patterns"in"sugarcane"in"response"to"infection"by"S."scitamineum，"the"healthy"and"S."scitamineum"infected"‘guitang42’"sugarcane"cultivar"samples"were"analyzed"by"transcriptome"sequencing."A"total"of"3276"differentially"expressed"genes"（DEGs）"were"identified，"of"which"1677"genes"were"up-regulated"（Plt;0.05）"and"1599"genes"down-regulated"（Plt;0.05）."The"DEGs"were"mostly"enriched"in"the"biosynthesis"process，"ribosome，"ribonucleoprotein"complex，"ribosome"structural"components，"etc."according"to"GO"enrichment"analysis."The"KEGG"analysis"showed"that"the"DEGs"were"mostly"enriched"in"amino"acid"biosynthesis，"purine"metabolism，"carbon"metabolism，"phagocytosis，"and"other"metabolic"pathways."Also，"out"of"30"DEGs"were"identified"to"be"associated"with"flowering，"and"the"representative"genes"such"as"FT1，"PIE1，"GID1，"GA20ox-1，"GA20ox-2"were"validated"by"qRT-PCR."The"qRT-PCR"results"were"consistent"with"the"transcriptomic"data，"confirming"the"dependability"of"the"transcriptome"sequencing"results."The"findings"would"present"essential"candidate"genes"for"revealing"the"mechanism"of"early"flowering"of"sugarcane"plants"caused"by"S."scitamineum，"and"lay"the"foundation"for"disease"resistance"breeding.

Keywords："sugarcane;"Sporisorium"scitamineum;"transcriptome;"flowering-related"genes

DOI："10.3969/j.issn.1000-2561.2024.06.002

甘蔗（Saccharum"spp.）是世界上最大的商業(yè)作物，在全球超120個(gè)國(guó)家和地區(qū)廣泛種植。甘蔗是主要的制糖原料，世界上大約80%的糖來(lái)源于甘蔗[1]，我國(guó)90%的食糖也來(lái)源于蔗糖[2]。甘蔗黑穗?。╯ugarcane"smut）是世界范圍內(nèi)為害甘蔗最為嚴(yán)重的病害之一，可造成甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的嚴(yán)重?fù)p失[3-4]。其病原菌為甘蔗鞭黑粉菌（Spori sorium"scitamineum），通過(guò)生長(zhǎng)初期的蔗株幼芽頂端實(shí)現(xiàn)侵染[5]。蔗株被侵染后表現(xiàn)出分蘗增多、蔗葉淡綠細(xì)長(zhǎng)、頂葉尖挺、蔗莖細(xì)小和節(jié)疏等癥狀[6-7]。隨著鞭黑粉菌的不斷蔓延，在梢頭逐漸形成由植物組織和真菌組成的不分支、方向朝下向內(nèi)卷曲的鞭狀物，俗稱(chēng)“黑鞭”[7]。除上述常見(jiàn)癥狀外，甘蔗鞭黑粉菌侵染與甘蔗開(kāi)花密切相關(guān)，顏梅新等[8]通過(guò)孢子懸浮液接種試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)甘蔗鞭黑粉菌能誘導(dǎo)桂柳05-136甘蔗品種提前開(kāi)花。

開(kāi)花是被子植物生活史中的重要組成部分，影響植物對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)、營(yíng)養(yǎng)發(fā)育、生物量積累和谷物產(chǎn)量等[9-10]。開(kāi)花是一個(gè)由5種基因通路組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)調(diào)控的生物學(xué)過(guò)程，包括光周期、春化、自主、赤霉素和年齡[9，"11-14]。此外，土壤營(yíng)養(yǎng)、供水及溫度等因素也可以抑制、促進(jìn)或破壞開(kāi)花過(guò)程[15-17]。開(kāi)花整合基因FT（FLOWERING"LOCUSnbsp;T）和SOC1（SUPPR ESSOR"OF"OVEREXPRESSION"OF"CONSTANS"1），將上述這些復(fù)雜的調(diào)節(jié)因子整合后進(jìn)一步傳遞到下游的花分生組織基因（floral"meristem"identity"gene）中，從而啟動(dòng)開(kāi)花[12]。甘蔗的開(kāi)花同樣受到許多因素，如晝長(zhǎng)、晝夜溫度、濕度、甘蔗的生理成熟度，養(yǎng)分有效性，以及緯度等的影響[18]。目前，關(guān)于甘蔗開(kāi)花相關(guān)基因的研究相對(duì)較少，對(duì)于甘蔗鞭黑粉誘導(dǎo)甘蔗提前開(kāi)花的研究更是未見(jiàn)報(bào)道。

甘蔗開(kāi)花與產(chǎn)量是一個(gè)矛盾的過(guò)程，一方面生殖生長(zhǎng)導(dǎo)致糖分向花序運(yùn)輸，降低了蔗莖中蔗糖的積累；另一方面，甘蔗親本誘導(dǎo)開(kāi)花難且花期不遇成為影響甘蔗雜交育種和新親本創(chuàng)制的重要“瓶頸”。如何精準(zhǔn)調(diào)控甘蔗的開(kāi)花過(guò)程是平衡甘蔗產(chǎn)量和育種的重點(diǎn)和難點(diǎn)，具有重要的生產(chǎn)實(shí)際意義。本研究基于RNA-Seq測(cè)序技術(shù)，對(duì)甘蔗鞭黑粉菌侵染前、后2個(gè)時(shí)期的甘蔗葉片進(jìn)行測(cè)序分析，挖掘并篩選與甘蔗開(kāi)花相關(guān)的差異表達(dá)基因，為甘蔗開(kāi)花調(diào)控和育種提供理論基礎(chǔ)。

1""材料與方法

1.1""材料

本研究所用甘蔗品種桂糖42號(hào)取自廣西亞熱帶農(nóng)科新城及廣西大學(xué)甘蔗試驗(yàn)基地，分別選取被甘蔗鞭黑粉菌侵染但“黑鞭”尚未抽出的甘蔗+1葉為試驗(yàn)材料，以同齡期健康甘蔗植株+1葉為對(duì)照，各采集3株葉片樣本均勻混合，置于–80"℃超低溫冰箱保存。

1.2""方法

1.2.1""RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)""對(duì)照組和試驗(yàn)組甘蔗葉片組織總RNA由北京諾禾致源科技股份有限公司提取，以Nanodrop分光光度計(jì)檢測(cè)RNA純度，采用Agilent"2100核酸分析儀對(duì)提取的總RNA進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

1.2.2""文庫(kù)構(gòu)建及測(cè)序""對(duì)質(zhì)量檢測(cè)合格的甘蔗葉片總RNA，利用Oligo（dT）磁珠富集含poly（A）尾的mRNA，然后加入NEB"Fragmentation"Buffer將mRNA打斷成短片段，以mRNA為模板合成cDNA第一鏈，然后加入緩沖液、dNTPs和DNA"Polymerase"Ⅰ合成cDNA第二鏈，隨后對(duì)雙鏈cDNA進(jìn)行純化、末端修復(fù)、加尾并連接測(cè)序接頭，最后進(jìn)行片段大小選擇和PCR富集，獲得cDNA文庫(kù)。文庫(kù)檢測(cè)合格后進(jìn)行Illumina"NovaSeq"6000平臺(tái)測(cè)序。

1.2.3""測(cè)序數(shù)據(jù)處理與分析""測(cè)序得到的原始圖像數(shù)據(jù)文件經(jīng)CASAVA堿基識(shí)別（base"calling）分析轉(zhuǎn)化為原始測(cè)序序列（original"sequence）。對(duì)原始數(shù)據(jù)（raw"reads）進(jìn)行過(guò)濾，去除帶接頭和N比率大于10%及低質(zhì)量的reads，得到高質(zhì)量序列（clean"reads）。將clean"reads與甘蔗參考基因組數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//sugarcane-genome.cirad.fr/）進(jìn)行比對(duì)和分類(lèi)注釋。

1.2.4""差異表達(dá)基因篩選""對(duì)測(cè)序得到的原始reads進(jìn)行評(píng)估，經(jīng)TMM標(biāo)準(zhǔn)化處理后，獲得對(duì)照組和試驗(yàn)組的基因表達(dá)量。應(yīng)用edgeR軟件進(jìn)行樣本間差異分析，得到P值后進(jìn)行多重假設(shè)檢驗(yàn)校正，通過(guò)控制PDR值，并以|log2"（Fold"Change）|≥1和P≤0.05為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行篩選。

1.2.5""差異表達(dá)基因本位數(shù)據(jù)庫(kù)（GO）和Pathway顯著性富集（KEGG）分析""基于Gene"Ontology"（GO），分別從分子功能（molecular"function，"MF）、生物過(guò)程（biological"process，"BP）和細(xì)胞組分（cellular"component，"CC）3個(gè)方面對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO注釋?；贙EGG數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用超幾何檢驗(yàn)，找出與整個(gè)基因組背景相比，在差異表達(dá)基因中顯著性富集的Pathway，采用Fisher進(jìn)行精確檢驗(yàn)，通過(guò)Bonferroni校正法進(jìn)行校正，得到差異基因顯著富集的GO功能和代謝通路，從中篩選顯著差異表達(dá)基因進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1.2.6""qRT-PCR驗(yàn)證""為驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性，利用qRT-PCR對(duì)部分差異表達(dá)基因進(jìn)行驗(yàn)證。利用HiScript"III"RT"SuperMix"for"qPCR（+gDNA"wiper）試劑盒（Vazyme，"Cat."R323-01）合成cDNA第一鏈，采用ChamQ"Universal"SYBR"qPCR"Master"Mix試劑盒（Vazyme，"Cat."Q711-02）檢測(cè)基因的表達(dá)量，以GAPDH基因作為內(nèi)參，用SnapGene軟件設(shè)計(jì)qRT-PCR引物（表1）。反應(yīng)體系為：cDNA模板（cDNA原液稀釋10倍）2"μL，10"μmol/L正、反向引物各0.4"μL，2×ChamQ"Universal"SYBR"qPCR"Master"Mix"10"μL，加入Nuclease-free"water至總體積為20"μL，在Light Cycler"96實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀（Roche）上進(jìn)行qRT-PCR反應(yīng)。熒光定量PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?5"℃預(yù)變性30"s；95"℃變性"10"s，60"℃退火延伸30"s，循環(huán)40次。所有試驗(yàn)均設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)和3次實(shí)驗(yàn)重復(fù)。運(yùn)用2–ΔΔCT法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2""結(jié)果與分析

2.1""測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)控結(jié)果分析

試驗(yàn)組（Smut"+1leaf）和對(duì)照組（Control"+"1leaf）的原始數(shù)據(jù)raw"reads數(shù)分別為45"626"696條和46"125"906條，經(jīng)過(guò)濾得到clean"reads數(shù)分別為42"937"438條和44"276"602條，測(cè)序cDNA讀取量分別為6.44"Gb和6.64"Gb，Q20分別為98.05%和96.7%，Q30分別為94.17%和91.19"%，GC含量分別為50.48%和52.72"%。說(shuō)明測(cè)序質(zhì)量較高，滿(mǎn)足后續(xù)生物信息學(xué)分析要求。

2.2""差異表達(dá)基因篩選

將對(duì)照組與試驗(yàn)組的測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)果如圖1所示，共有3276個(gè)基因差異表達(dá)，其中1677個(gè)基因顯著上調(diào)表達(dá)（Plt;0.05），1599個(gè)基因顯著下調(diào)表達(dá)（Plt;0.05）。

2.3""差異表達(dá)基因的GO功能注釋和KEGG分析

GO功能分析表明，差異表達(dá)基因被富集到生物過(guò)程、細(xì)胞組分和分子功能等3大類(lèi)和785小類(lèi)中，其中生物過(guò)程390個(gè)，細(xì)胞組分107個(gè)，分子功能288個(gè)。生物過(guò)程中有28個(gè)小類(lèi)顯著富集，細(xì)胞組分中有7個(gè)小類(lèi)顯著富集，分子功能中有16個(gè)小類(lèi)顯著富集。選取3個(gè)大類(lèi)中富集程度高和差異基因占比大的小類(lèi)作圖（圖2），其中生物過(guò)程主要富集在酰胺生物合成過(guò)程（amide"biosynthetic"process）、翻譯（translation）、肽生物合成過(guò)程（peptide"biosynthetic"process）、細(xì)胞酰胺代謝過(guò)程（cellular"amidenbsp;metabolic"process）、肽代謝過(guò)程（peptide"metabolic"process）；細(xì)胞組份主要富集在核糖體（ribosome）、核糖核蛋白復(fù)合體（ribonucleoprotein"complex）、非膜結(jié)合細(xì)胞器（non-membrane-bounded"organelle）、胞內(nèi)非膜結(jié)合細(xì)胞器（intracellular"non-membrane-bounded"organelle）、細(xì)胞質(zhì)部分（cytoplasmic"part）；分子功能主要富集在核糖體的結(jié)構(gòu)成分（structural"constituent"of"ribosome）、結(jié)構(gòu)分子活性（structural"molecule"activity）及rRNA結(jié)合（rRNA"binding）等。

利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)篩選到的差異表達(dá)基因進(jìn)行功能分類(lèi)和pathway注釋?zhuān)Y(jié)果顯示（表2）：甘蔗鞭黑粉菌侵染前后的差異表達(dá)基因定位到了118個(gè)代謝通路中，顯著富集到了30個(gè)代謝通路中，如氨基酸的生物合成（biosynthesis"of"amino"acids）、嘌呤代謝（purine"metabolism）、碳代謝（carbon"metabolism）、吞噬作用（phagosome）、甘油磷脂代謝（glycerophospholipid"metabolism）等。

2.4""開(kāi)花相關(guān)基因的差異表達(dá)分析

從轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中篩選到30個(gè)與開(kāi)花途徑相關(guān)的差異表達(dá)基因，其中包括開(kāi)花整合子（floral"integrations）基因1個(gè)；花分生組織決定基因（floral"meristem"identity"genes）6個(gè)；光周期（photoperiod）途徑相關(guān)基因16個(gè)；春化途徑相關(guān)基因1個(gè)；赤霉素途徑相關(guān)基因6個(gè)（表3）。

2.5""開(kāi)花相關(guān)基因的qRT-PCR驗(yàn)證

選取GID1、FT1、PIE1、GA20ox-1、GA20ox-2等5個(gè)與植物開(kāi)花途徑相關(guān)基因進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證（圖3），結(jié)果顯示，與健康對(duì)照相比，甘蔗鞭黑粉菌侵染的甘蔗+1葉片中FT1、GA20ox-1、GA20ox-2基因顯著上調(diào)表達(dá)，而GID1和PIE1基因顯著下調(diào)表達(dá)。雖然這3個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果和qRT-PCR結(jié)果在基因差異表達(dá)倍數(shù)并非完全一致，但是二者之間反映出的差異表達(dá)變化趨勢(shì)是一致的，說(shuō)明轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性。

3""討論

開(kāi)花是植物由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的重要階段，在植物生活史中扮演著非常重要的作用。甘蔗開(kāi)花的精準(zhǔn)高效調(diào)控對(duì)于蔗莖產(chǎn)量和遺傳育種具有重要意義。本研究通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，

篩選出3276個(gè)差異表達(dá)基因，其中1677個(gè)基因上調(diào)表達(dá)，1599個(gè)基因下調(diào)表達(dá)。結(jié)合植物開(kāi)花調(diào)控途徑對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)一步分析，篩選出30個(gè)與開(kāi)花途徑相關(guān)的差異表達(dá)基因。FLOWE RING"LOCUS"T（FT）成花基因作為下游開(kāi)花整合基因，可以整合多個(gè)調(diào)控途徑中的花發(fā)育信號(hào)分子，促進(jìn)開(kāi)花相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)植物開(kāi)花[19]。然而，過(guò)表達(dá)甘蔗ScFT1基因可抑制擬南芥開(kāi)花[20]。本研究轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)在甘蔗鞭粉菌

侵染后ScFT1基因呈顯著上調(diào)表達(dá)，同時(shí)qRT-"PCR也驗(yàn)證了這一結(jié)果。推測(cè)甘蔗鞭粉菌侵染后誘導(dǎo)甘蔗提前開(kāi)花的現(xiàn)象，可能是通過(guò)影響上游的開(kāi)花途徑導(dǎo)致的。

赤霉素（gibberellins，"GAs）是一類(lèi)重要的植物激素，在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)和抵抗生物和非生物脅迫中具有重要作用[21-22]。在赤霉素信號(hào)通路中，GA受體GIBBERELLIN"INSENSITIVE"DWARF1（GID1）感知GA信號(hào)后，與下游DELLA蛋白N-端DELLA/TVHYNP結(jié)構(gòu)域互作，促進(jìn)DELLA經(jīng)SCFGID2/SLY1泛素/26S蛋白酶體途徑降解[23-24]，正向調(diào)控植株莖伸長(zhǎng)、花和果實(shí)發(fā)育、葉片擴(kuò)張及種子萌發(fā)等生物學(xué)過(guò)程[25-27]。Gibberellin"20"oxidase（GA20ox）是赤霉素合成過(guò)程中的一類(lèi)重要的限速酶，GA20ox及Gibberellin"3"oxidase"（GA3ox）通過(guò)一系列催化反應(yīng)，將赤霉素前期GA12轉(zhuǎn)化為具有生物活性的GA1和GA4[28-30]。GA20ox-2被認(rèn)為是一個(gè)“綠色革命”基因，其突變導(dǎo)致水稻的矮桿化，從而大大提高了產(chǎn)量[31]。本研究發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，甘蔗鞭黑粉菌侵染的甘蔗+1葉中ScGA20ox-1、ScGA20ox-2基因均呈現(xiàn)顯著上調(diào)表達(dá)，而ScGID1基因呈顯著下調(diào)表達(dá)，這與GID1正向調(diào)控開(kāi)花的結(jié)果不一致[25-26]。此外，酵母雙雜交（yeast"two"hybrid，"Y2H）和雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)（BiFC）研究發(fā)現(xiàn)，ScGID1能與ScGA20ox2在體外和體內(nèi)發(fā)生互作（數(shù)據(jù)待發(fā)表）。推測(cè)甘蔗鞭黑粉菌侵染一方面下調(diào)ScGID1表達(dá)，另一方面促進(jìn)上游ScGA20ox等赤霉素合成相關(guān)基因的表達(dá)，干擾了ScGID1與ScGA20ox的相互作用，從而誘導(dǎo)甘蔗早花的表型。

不依賴(lài)光周期的早花基因PHOTOPERIOD"INDEPENDENT"EARLY"FLOWERING1（PIE1）能負(fù)調(diào)控?cái)M南芥開(kāi)花過(guò)程，PIE1突變能抑制FLOWERING"LOCUS"C（FLC）介導(dǎo)的遲花表型，并誘導(dǎo)非FLC依賴(lài)的早花表型[32]。本研究發(fā)現(xiàn)在甘蔗鞭黑粉菌侵染的甘蔗+1葉中ScPIE1基因轉(zhuǎn)錄水平極顯著下調(diào)表達(dá)，推測(cè)甘蔗鞭黑粉菌誘導(dǎo)甘蔗早花現(xiàn)象可能與ScPIE1基因的表達(dá)下調(diào)有關(guān)。

在擬南芥中CONSTANS-Like（COL）基因是光周期誘導(dǎo)開(kāi)花途徑中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[33]，研究發(fā)現(xiàn)AtCOL4是長(zhǎng)日照和短日照的開(kāi)花抑制因子，COL4過(guò)表達(dá)導(dǎo)致開(kāi)花延遲[34]；而過(guò)表達(dá)AtCOL5可誘導(dǎo)短日照擬南芥開(kāi)花[35]；COL9通過(guò)抑制Ehd1（early"heading"date"1）基因延遲水稻的開(kāi)花時(shí)間[36]；COL16基因在水稻中通過(guò)上調(diào)開(kāi)花阻礙基因Ghd7（grain"number，"plant"height"and"heading"date"7）來(lái)抑制開(kāi)花[37]。本研究發(fā)現(xiàn)ScCOL4和ScCOL16顯著下調(diào)表達(dá)，而COL4和COL16在其他作物中存在抑制開(kāi)花的現(xiàn)象，推測(cè)甘蔗鞭黑粉菌可能通過(guò)下調(diào)這2個(gè)基因的表達(dá)從而誘導(dǎo)甘蔗早花。而COL5和COL9在甘蔗中的表達(dá)模式和功能可能與其他作物存在一定的差異。

乙烯響應(yīng)因子（ethylene-responsive"transcription"factor"RAP）RAP2-3、RAP2-4、RAP2-7等屬于AP2/ERF類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子，參與植物花發(fā)育、果實(shí)成熟、種子發(fā)育和萌發(fā)以及響應(yīng)逆境脅迫的過(guò)程[38]。APETALA2（AP2）基因在擬南芥中直接或間接調(diào)控花發(fā)育過(guò)程中其他基因的表達(dá)，如FT[39]和SOC1基因[40]，進(jìn)而抑制植物開(kāi)花。本研究發(fā)現(xiàn)RAP2-11、RAP2-3、RAP2-4基因表達(dá)下調(diào)，推測(cè)這3個(gè)基因可能響應(yīng)了甘蔗鞭黑粉菌的侵染，進(jìn)而誘導(dǎo)甘蔗早花現(xiàn)象。

CRY2（cryptochrome"2）、CRY-DASH（crypto chrome-DASH）都屬于隱花色素基因家族，而CIB1（cryptochrome-interacting"basic-helix-loop-"helix"1）、CIB5（cryptochrome-interacting"basic-"helix-loop-helix"5）是一類(lèi)重要的轉(zhuǎn)錄因子，可以在藍(lán)光的作用下與CRY2互作，進(jìn)而促進(jìn)擬南芥開(kāi)花[41]。本研究發(fā)現(xiàn)CIB1基因在甘蔗鞭黑粉菌侵染后顯著上調(diào)表達(dá)，推測(cè)甘蔗鞭黑粉菌可能通過(guò)上調(diào)CIB1表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)甘蔗早花。

關(guān)于甘蔗鞭黑粉菌誘導(dǎo)甘蔗早花現(xiàn)象的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，本研究基于RNA-Seq技術(shù)初步篩選了甘蔗響應(yīng)鞭黑粉菌侵染的與開(kāi)花途徑相關(guān)的差異表達(dá)基因，并對(duì)部分基因的表達(dá)模式進(jìn)行了驗(yàn)證分析，為甘蔗開(kāi)花調(diào)控和育種提供了理論基礎(chǔ)。這些基因是如何響應(yīng)甘蔗鞭黑粉菌侵染，具體互作因子以及誘導(dǎo)提前開(kāi)花的分子機(jī)理，還有待進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]"BUDEGUER"F，"ENRIQUE"R，"PERERA"M"F，"RACEDO"J，"CASTAGNARO"A"P，"NOGUERA"A"S，"WELIN"B."Genetic"transformation"of"sugarcane，"current"status"and"future"prospects[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2021，"12："768609.

[2]"MAGAREY"R"C."Sugarcane-an"old"plantation"crop"that"offers"new"environmentally"friendly"possibilities[J]."IOP"Conference"Series："Earth"and"Environmental"Science，"2020，"418（1）："012004.

[3]"MANSOOR"S，"KHAN"M"A，"KHAN"N"A，"NASIR"I"R."Effect"of"whip"smut"disease"on"the"quantitative"and"qualitative"parameters"of"sugarcane"varieties/lines[J]."Agricultural"Research"amp;"Technology"Open"Access"Journal，"2016，"2："67-72.

[4]"RAJPUT"M"A，"RAJPUT"N"A，"SYED"R"N，"LODHI"A"M，"QUE"Y"X."Sugarcane"smut："current"knowledge"and"the"way"forward"for"management[J]."Journal"of"Fungi"（Basel），"2021，"7（12）："1095.

[5]"BHUIYAN"S"A，"MAGAREY"R"C，"MCNEIL"M"D，"AITKEN"K"S."Sugarcane"smut，"caused"by"Sporisorium"scitamineum，"a"major"disease"of"sugarcane："a"contemporary"review[J]."Phytopathology，"2021，"111（11）："1905-1917.

[6]"ZHANG"H"Y，"YANG"Y"F，"GUO"F，"SHEN"X"R，"LU"S，"CHEN"B"S."SsRSS1"mediates"salicylic"acid"tolerance"and"contributes"to"virulence"in"sugarcane"smut"fungus[J]."Journal"of"Integrative"Agriculture，"2023，"22（7）："2126-2137.

[7]"QUE"Y"X，"LIN"J"W，"SONG"X"X，"XU"L"P，"CHEN"R"K."Differential"gene"expression"in"sugarcane"in"response"to"challenge"by"fungal"pathogen"Ustilago"scitaminea"revealed"by"cDNA-AFLP[J]."Journal"of"Biomedicine"Biotechnology，"2011，"2011："160934.

• 顏梅新，"宋修鵬，"王澤平，"張小秋，"雷敬超，"黃海榮，"黃冬梅，"李秋芳."一種誘導(dǎo)甘蔗品種05-136開(kāi)花的甘蔗鞭黑粉菌菌劑的制備方法："CN202110605812.9[P]."2021-09-10.YAN"M"X，"SONG"X"P，"WANG"Z"P，"ZHANG"X"Q，"LEI"J"C，"HUANG"H"R，"HUANG"D"M，"LI"Q"F."A"preparation"method"of"Sporisorium"scitamineum"agent"for"inducing"flowering"of"sugarcane"variety"05-136："CN202110605812.9[P]."2021-09-"10."（in"Chinese）
• HILL"C"B，"LI"C."Genetic"architecture"of"flowering"phenology"in"cereals"and"opportunities"for"crop"improvement[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2016，"7："1906.
• MANECHINI"J"R"V，"SANTOS"P"H"D"S，"ROMANEL"E，"BRITO"M"D"S，"SCARPARI"M"S，"JACKSON"S，"PINTO"L"R，"VICENTINI"R."Transcriptomic"analysis"of"changes"in"gene"expression"during"flowering"induction"in"sugarcane"under"controlled"photoperiodic"conditions[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2021，"12："635784.
• WELLMER"F，"RIECHMANN"J"L."Gene"networks"controlling"the"initiation"of"flower"development[J]."Trends"in"Genetics，"2010，"26（12）："519-527.
• SRIKANTH"A，"SCHMID"M."Regulation"of"flowering"time："all"roads"lead"to"Rome[J]."Cellular"and"Molecular"Life"Sciences，"2011，"68（12）："2013-2037.
• YAMAGUCHI"A，"ABE"M."Regulation"of"reproductive"development"by"non-coding"RNA"in"Arabidopsis："to"flower"or"not"to"flower[J]."Journal"of"Plant"Research，"2012，"125（6）："693-704.
• SONG"Y"H，"SHIM"J"S，"KINMONTH-SCHULTZ"H"A，"IMAIZUMI"T."Photoperiodic"flowering："time"measurement"mechanisms"in"leaves[J]."Annual"Review"of"Plant"Biology，"2015，"66："441-464.
• JACKSON"S"D."Plant"responses"to"photoperiod[J]."New"Phytologist，"2009，"181（3）："517-531.
• HONG"Y，"JACKSON"S."Floral"induction"and"flower"formation--the"role"and"potential"applications"of"miRNAs[J]."Plant"Biotechnology"Journal，"2015，"13（3）："282-292.
• BRAMBILLA"V，"GOMEZ-ARIZA"J，"CERISE"M，"FORNARA"F."The"importance"of"being"on"time："regulatory"networks"controlling"photoperiodic"flowering"in"cereals[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2017，"8："665.

[18]"PAVANI"G，"MALHOTRA"P"K，"VERMA"S"K."Flowering"in"sugarcane-insights"from"the"grasses[J]."3"Biotech，"2023，"13（5）："154.

[19]"WICKLAND"D"P，"HANZAWA"Y."The"FLOWERING"LOCUS"T/TERMINAL"FLOWER"1"gene"family："functional"evolution"and"molecular"mechanisms[J]."Molecular"Plant，"2015，"8（7）："983-997.

[20]"COELHO"C"P，"MINOW"M"A，"CHALFAN-JUNIOR"A，"COLASANTI"J."Putative"sugarcane"FT/TFL1"genes"delay"flowering"time"and"alter"reproductive"architecture"in"Arabidopsis[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2014，"5："221.

[21]"COLEBROOK"E"H，"THOMAS"S"G，"PHILLIPS"A"L，"HEDDEN"P."The"role"of"gibberellin"signalling"in"plant"responses"to"abiotic"stress[J]."Journal"of"Experimental"Biology，"2014，"217："67-75.

[22]"HUANG"S，"ZHANG"X，"FERNANDO"W"G"D."Directing"trophic"divergence"in"plant-pathogen"interactions："antagonistic"phytohormones"with"no"doubt？[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2020，"11："600063.

[23]"FENG"S，"MARTINEZ"C，"GUSMAROLI"G，"WANG"Y，"ZHOU"J，"WANG"F，"CHEN"L，"YU"L，"IGLESIAS-PEDRAZ"J"M，"KIRCHER"S，"SCHAFER"E，"FU"X，"FAN"L"M，"DENG"X"W."Coordinated"regulation"of"Arabidopsis"thaliana"development"by"light"and"gibberellins[J]."Nature，"2008，"451（7177）："475-479.

[24]"MURASE"K，"HIRANO"Y，"SUN"T"P，"HAKOSHIMA"T."Gibberellin-induced"DELLA"recognition"by"the"gibberellin"receptor"GID1[J]."Nature，"2008，"456（7221）："459-463.

[25]"BAO"S，"HUA"C，"SHEN"L，"YU"H."New"insights"into"gibberellin"signaling"in"regulating"flowering"in"Arabidopsis[J]."Journal"of"Integrative"Plant"Biology，"2020，"62（1）："118-131.

[26]"CHENG"H，"QIN"L，"LEE"S，"FU"X，"RICHARDS"D"E，"CAO"D，"LUO"D，"HARBERD"N"P，"PENG"J."Gibberellin"regulates"Arabidopsis"floral"development"via"suppression"of"DELLA"protein"function[J]."Development，"2004，"131（5）："1055-1064.

[27]"LANTZOUNI"O，"ALKOFER"A，"FALTER-BRAUN"P，"SCHWECHHEIMER"C."GROWTH-REGULATING"FACT ORS"interact"with"DELLAs"and"regulate"growth"in"cold"stress[J]."Plant"Cell，"2020，"32（4）："1018-1034.

[28]"YAMAGUCHI"S."Gibberellin"metabolism"and"its"regulation[J]."Annual"Review"of"Plant"Biology，"2008，"59："225-251.

[29]"GIACOMELLI"L，"ROTA-STABELLI"O，"MASUERO"D，"ACHEAMPONG"A"K，"MORETTO"M，"CAPUTI"L，"VRHOVSEK"U，"MOSER"C."Gibberellin"metabolism"in"Vitis"vinifera"L."during"bloom"and"fruit-set："functional"characterization"and"evolution"of"grapevine"gibberellin"oxidases[J]."Journal"of"Experimental"Botany，"2013，"64（14）："4403-4419.

[30]"HEDDEN"P，"THOMAS"S"G."Gibberellin"biosynthesis"and"its"regulation[J]."Biochemistry"Journal，"2012，"444（1）："11-25.

[31]"LOPEZ"-CRISTOFFANINI"C，"SERRAT"X，"JAUREGUI"O，"NOGUES"S，"LOPEZ-CARBONELL"M."Phytohormone"profiling"method"for"rice："effects"of"GA20ox"mutation"on"the"gibberellin"content"of"Japonica"rice"varieties[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2019，"10："733.

[32]"NOH"Y"S，"AMASINO"R"M."PIE1，"an"ISWI"family"gene，"is"required"for"FLC"activation"and"floral"repression"in"Arabidopsis[J]."Plant"Cell，"2003，"15（7）："1671-1682.

[33]"PUTTERILL"J，"ROBSON"F，"LEE"K，"SIMON"R，"COUPL AND"G."The"CONSTANS"gene"of"Arabidopsis"promotes"flowering"and"encodes"a"protein"showing"similarities"to"zinc"finger"transcription"factors[J]."Cell，"1995，"80（6）："847-857.

[34]"STEINBACH"Y."The"Arabidopsis"thaliana"CONSTANS-"LIKE"4"（COL4）–a"modulator"of"flowering"time[J]."Frontiers"in"Plant"Science，"2019，"10："651.

[35]"HASSIDIM"M，"HARIR"Y，"YAKIR"E，"KRON"I，"GREEN"R"M."Over-expression"of"CONSTANS-LIKE"5"can"induce"flowering"in"short-day"grown"Arabidopsis[J]."Planta，"2009，"230："481-491.

[36]"LIU"H，"GU"F，"DONG"S，"LIU"W，"WANG"H，"CHEN"Z，"WANG"J."CONSTANS-like"9"（COL9）"delays"the"flowering"time"in"Oryza"sativa"by"repressing"the"Ehd1"pathway[J]."Biochemical"and"Biophysical"Research"Communications，"2016，"479（2）："173-178.

[37]"WU"W，"ZHENG"X"M，"CHEN"D"B，"ZHANG"Y"X，"MA"W"W，"ZHANG"H，"SUN"L"P，"YANG"Z"F，"ZHAO"C"D，"ZHAN"X"D，"SHEN"X"H，"YU"P，"FU"Y"P，"ZHU"S"S，"CAO"L"Y，"CHENG"S"H."OsCOL16，"encoding"a"CONSTANS-like"protein，"represses"flowering"by"up-regulating"Ghd7"expression"in"rice[J]."Plant"Science，"2017，"260："60-69.

[38]"FENG"K，"HOU"X"L，"XING"G"M，"LIU"J"X，"DUAN"A"Q，"XU"Z"S，"LI"M"Y，"ZHUANG"J，"XIONG"A"S."Advances"in"AP2/ERF"super-family"transcription"factors"innbsp;plant[J]."Critical"Reviews"in"Biotechnology，"2020，"40（6）："750-776.

[39]"CASTILLEJO"C，"PELAZ"S."The"balance"between"CONSTANS"and"TEMPRANILLO"activities"determines"FT"expression"to"trigger"flowering[J]."Current"Biology，"2008，"18（17）："1338-1343.

[40]"YANT"L，"MATHIEU"J，"DINH"T"T，"OTT"F，"LANZ"C，"WOLLMANN"H，"CHEN"X，"SCHMID"M."Orchestration"of"the"floral"transition"and"floral"development"in"Arabidopsis"by"the"bifunctional"transcription"factor"APETALA2[J]."Plant"Cell，"2010，"22（7）："2156-2170.

[41]"LIU"Y，"LI"X，"MA"D，"CHEN"Z，"WANG"J"W，"LIU"H."CIB1"and"CO"interact"to"mediate"CRY2-dependent"regulation"of"flowering[J]."EMBO"Reports，"2018，"19（10）："e45762.