Фузариозное увядание льна - агрессивное заболевание, вызываемое почвенным грибковым патогеном Fusarium oxysporum f. sp. lini. Инфекция проникает в растение через корни и распространяется внутри стебля, приводя к увяданию и гибели растения. Данная работа посвящена изучению регуляции экспрессии генов льна и его специфического грибного патогена Fusarium oxysporum f. sp. lini в процессе фузариозного заражения. Целью работы являлось определение молекулярных и регуляторных механизмов, ответственных за сопротивление льна агрессивному процессу заражения. Для решения поставленной задачи исследовались восприимчивый LM98 и устойчивый Atalante сорта льна, зараженные штаммом Fusarium oxysporum f. sp. lini моноизолят №39. Из корней растений выделяли тотальные РНК и ДНК из корней, собранных на третий и пятый день после инокуляции. Затем проводилась серия экспериментов по РНК-секвенированию и бисульфитному секвенированию и проводился дифференциальный анализ полученных результатов между различными экспериментальными условиями. С полученными списками дифференциально экспрессированных и метилированных генов проводили анализ обогащения биологическими терминами. Анализ данных бисульфитного секвенирования сорта LM98 не позволил провести интегративный анализ дифференциальной экспрессии и метилирования, поэтому мы решили сосредоточиться только на изучении сорта Atalante. Atalante продемонстрировал мощный ответ на заражение и активацию механизмов ответа на оксидативный стресс, метаболизма углеводов, активности киназ, модификации клеточной стенки, синтеза фитоалексинов и ингибирования эндопептидаз. В результате интегративного анализа было выявлено, что первые четыре из этих механизмов регулируются эпигенетически посредством метилирования ДНК. Заметим, что защитная реакция резко угасла на пятый день после заражения. Полученного объема данных о метилировании Fusarium oxysporum f. sp. lini оказалось недостаточно для всестороннего анализа. Однако, анализ дифференциально экспрессированных генов гриба выявил обогащение биологических терминов, связанных с синтезом пептидов и ответом на оксидативный стресс на третий день и трансмембранным транспортом, метаболизмом углеводов и ответом на окислительный стресс на пятый день заражения. Таким образом, ответ льна на инфекцию и активность патогена коррелируют. Полученные данные необходимы для углубленного изучения молекулярных механизмов взаимодействия в системе «хозяин‒паразит», а также определяющих факторов устойчивости льняной культуры к грибковой инфекции.

Fusarium wilt of flax is an aggressive disease caused by soil-borne fungal pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lini. The fungus invades through roots and spreads inside the vascular bundle, blocking water and nutrient flow, which eventually leads to plant wilt and death. This study aims to characterize regulatory mechanisms controlling both flax gene expression, as well as transcriptional response of its host-specific fungal pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lini during the infection. Specifically, the work aims to determine molecular and regulatory mechanisms having a pivotal role in flax defense response to the fungal attack. We studied both the susceptible LM98 and the resistant Atalante flax varieties infected by Fusarium. The total RNA and DNA mixtures were extracted from the infected plant roots harvested on the third and on the fifth day post inoculation. Next, we performed a series of transcriptomic and DNA methylation profiling experiments and differential analysis of the results between different experimental conditions. Then we performed enrichment analyses of resulting differentially expressed and differentially methylated gene sets. In contrast to the Alalante, the LM98 cultivar failed to show detectable levels of methylation to perform an integrative analysis, therefore we focused on the analysis of the Atalante variety. The Atalante cultivar exhibited a pronounced response to infection and activation of mechanisms of ROS reduction, carbohydrates metabolism, kinases activity, cell wall modification, phytoalexins synthesis and endopeptidase inhibition. The first four of them are regulated epigenetically by DNA methylation. The plant defense response to infection gradually subsides by the fifth day. The methylation data obtained for Fusarium oxysporum f. sp. lini was insufficient for a comprehensive analysis of the phenomenon. However, transcriptome analyses of the pathogen confirmed that genes associated with peptides synthesis and response to oxidative stress on the third day and, likewise, transmembrane transport, carbohydrates metabolism and response to oxidative stress on the fifth day are likely to play an important role in during infection. Given these findings it seems that flax and pathogen response activities are coupled. The results generated in the framework of this study facilitate an in-depth study of the molecular mechanisms of host-pathogen interaction system, as well as determinants of flax resistance to Fusarium infection.