Integrated Single‐Cell and Spatial Transcriptomics Reveal Cell‐Type‐Specific Immune Regulatory Networks in Maize Responding to Southern Corn Rust

生物 茉莉酸 转录组 基因沉默 基因 植物抗病性 Rust(编程语言) 遗传学 细胞生物学 RNA序列 基因表达调控 计算生物学 调节器 小RNA RNA沉默 免疫系统 转录因子 植物对草食的防御 基因调控网络 病菌 RNA干扰 核糖核酸 抗性(生态学) 基因表达 小RNA 过敏反应 深度测序 胞间连丝 电池类型 植物病害 调节基因 转录调控 寄主(生物学)
作者
Qiongqiong Wang,Xinyan Sun,Yingchao Sun,Zeqiang Cheng,Zixiang Cheng,Shengbo Han,Ying Feng,Wenbo Yang,Huimin Li,Meichen Zhu,Xiaoling Wu,Jinghua Zhang,Jihua Tang,H. B. Li,Yanyong Cao,Canxing Duan,Yan Shi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (27): e12295-e12295
标识
DOI:10.1002/advs.202512295
摘要

Southern corn rust (SCR), caused by Puccinia polysora Underw. (P. polysora), poses a significant threat to maize production, yet the cell-type-specific defense mechanisms remain insufficiently characterized. To address this, we integrated single-nucleus RNA sequencing (snRNA-seq) and spatial transcriptomic sequencing (stRNA-seq) to elucidate the cell-type-specific transcriptional dynamics in maize leaves during early infection with P. polysora. Analyses at 24 and 48 h post infection (hpi) revealed eight major cell types and highlighted key defense responses, which are primarily initiated in the mesophyll and epidermal cells 24 hpi. Notably, the cell-type-specific activation of RLPs/RLKs and jasmonic acid was observed. Functional defense modules were activated in specific cell types at 24 hpi, with pseudotime and cell-cell communication analyses further uncovering immune-related cellular dynamics. Importantly, multi-omics analysis identified core DEGs across critical cell types and time points. Functional validation through virus-induced gene silencing (VIGS) demonstrated that silencing the ZmXET1 gene significantly reduced disease severity and pathogen biomass, while silencing the positive regulator ZmRBG, increased susceptibility. This study provides a high-resolution spatiotemporal atlas of maize defense against P. polysora, identifying ZmXET1 as a key susceptibility factor and ZmRBG as a resistance component, thereby offering valuable targets for disease resistance breeding.
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