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病原物-寄主互作中的转录图谱2011339关键词：聚类分析，遗传基因组学，元分析，最低限度信息，微阵列，植物实体，信号转导级联反应摘要：使用基因组技术可以解决在整个发育过程或者生化途径背景下的的研究假设，基因网络，相关基因的染色体位置并且可以推断其进化史。通过一系列的平台，研究者可以用多种试验和条件研究整个转录物组。这些数据的诠释产生新的见解，并可以揭示之前没有描述过的现象。在植物病菌相互作用的领域，转录图谱在以下给出了前所未有的见解：以基因对基因为基础的防御和基础防御的机制，寄主对非寄主，生物存活者与死亡者，维管与非维管病原体的致病性。这样，基因组技术使广泛系统方法更加便与在寄主与病原体相互作中统一理论和独特特征。引言通过多种试验和条件研究可以解决在整个发育过程或者生化途径背景下的研究假设。根据全基因组序列，关于RNA快速积累的数据和蛋白表达模式使判断基因如何对复杂的表现型起作用成为可能。转录图谱的遗传继承性可被用于绘制染色体的相关位置，调整其位置。另外，基于已知作用的基因的表达模式，比较在模式生物中的基因表达网络和作物物种可被用于推断作用和进化史。植物病理学中的热点包括以基因对基因为基础的防御和基础防御的机制，寄主对非寄主，生物存活者与死亡者，维管与非维管病原体的致病性。已经阐述了不同的表达技术和在大规模生物学统计设计的重要性。我们着重在关键的系统，比如怎样有效地利用转录图谱来促进在寄主-病原物方面的生物发现。随着在公共数据库中大量的微阵列数据的增加，使用元-图谱方法作出结论建立多种实验，也很有益。不同的实验设计和操作是公认的避免得到错误结论的前提。在之前共数据中可以得到新的信息，不同的基因表达模式可用于包含几个试验的元分析的涉及的观点。模式系统用于作物：不仅仅是只在拟南芥中平行表达图谱，曾经被认为仅仅在有基础结构的大的研究群体有用，现在认为可以用于小的群体和单独的实验室。生物的多数微阵列平台通过商业和公共资源存在。现货供应，高密度DNA阵列现在应用于大麦，小麦，水稻，玉米，甘蔗，葡萄，柑橘，杨树，土豆，拟南芥，芸苔，棉花等其他物种。微阵列除了可以用于检测平行基因中成千上万的表达，许多方案已经应用这个技术通过多物种阵列的共同刺激发展研究寄主和病原物，比如大豆/豆疫酶（根腐）/线虫病（大豆囊肿），苜蓿属/紫蓿/根瘤菌, 禾谷镰刀菌(scab), 水稻/稻瘟病(rice blast).许多公司与研究者合作生产常规阵列（寡核苷酸测定位点）在一个合理的价格。这个可行的技术提供了一个机会，在相同实验条件下研究寄主与病原物整个途径的调节。实验设计要考虑的事不同的设计回答不同的问题典型的，有人对mRNA的转录图有兴趣，在一系列特殊条件或者处理被大量积累或者减少。处理是涉及到的控制条件的转录图谱的困扰，可能是一个植物病原体基因型，一个突变体，一个时间进程，温度，或光照条件等。在病原物-寄主互作中，这对于结合候补植物基因型的时间过程或分离的病原体引出的应答非常有用，可以用一个假设用相关的有价值的历史知识来验证。实验至少应该这样设计，可选的假定可以做出评估。环境因素一定要考虑到(生长地点，温室，大田)，寄主基因型(相同基因型或多种基因型)，病原物菌株（反应，相同基因型或多种）和接种技术。最终，表达图谱的特定应用依赖于被问到的问题。如果表达数据用于描述确定的生物学系统的结论，比如 寄主-病原物互作，严格的统计设计，重复，和分析是很重要的。另外，还可以为下游功能分析提供支持，通过对特殊基因或者敲除突变体转录的分析实验。不管是问什么问题，或者询问什么系统，与分析表达专家详尽的讨论是你设计表达图谱或者其他在大规模生物学中试验的一个先决条件。使用案例：多重侵袭和反侵袭策略 致力于白粉病的三个例子说明用作平行表达图谱的差别。第一个案例解决机制：病原物阻止寄主防御反应，以便建立基本的亲和性或者生物活性。植物易感或者抗病的机制是什么？Caldo和他的同事们研究了全部的转录数据，在大麦和白粉病Blumeria graminisf. sp. hordei中亲和与不亲和互作中总体转录产物积累量的不同.。几个设计组合可以便于数据分析和解释：（A）多重寄主基因型对比，（B）候补病原体分离，（C）基于真菌侵染动力学历史数据的时间过程的选择，（D）严谨的统计标准（模式化，随机，重复）。他们利用32矩阵组成三个大麦近等基因系，含有渗入基因Mla6, Mla13, and Mla1 含有CC-NBS-LRR结构的抗性等位基因，使用对照B. graminis hordei 5874 (AvrMla6, AvrMla1) 或者K1(AvrMla13,AvrMla1)侵染,接种后0h,8h,16h,20h.24h和32h观察结果。32矩阵最大设计可以使至少两个独立的寄主分离产物被用于评价每个被问得问题。(Figure 1). 其中最有意义的非平行基因图谱表现出一个大于150个基因的共基因簇，接种16hai在亲和和不亲和互作中均有显著上调，同时伴有B. graminis hordei无性孢子的萌发和附着孢的结构。Figure 1二次抑制设计用于评价在大麦与白粉病菌, Blumeria graminis f. sp. hordei.亲和不亲和互作中转录产物的积累。用了四个对照来研究亲和和不亲和相关的基因，由植物的基因型（绿圈）或者分离的病原物决定（红圈）。两个对照用于检测关于非依赖Rar1和依赖于Rar1的基因（蓝圈）。转录的下调仅发生在亲和互作16小时之后真菌吸器和寄主表皮细胞的接触，但是这些转录在非亲和互作中持久或者增加。(Figure 2d )。许多这些基因，像展示在Figure 2c中的那些，是涉及到非特异性，PAMP（病原物相关分子模式）诱发的基础防御途径。然而，受检测Mla 等位基因控制的不亲和互作中，特殊病原物接收器的识别引起增加表达的维持。相比之下，缺少MLA或者对应的效应子蛋白，与不亲和互作相比，转录上调和下调的特异时间点观察到预测的亲和性和关于植物转录物重新编程的不协调性。这些结果与假说一致，寄主调控是病原物受动器的目标。近来在MLA互作的核定位方面的工作表明这些基础抗性调节子的两个是一对转录因子，HvWRKY1和HvWRKY2。HvWRKY1/2, AtWRKY18/40的拟南芥同源物显示与反馈阻遏系统有关，作为基础防御的控制条件。第二个案例说明的是非宿主植物抗性的分子基础。拟南芥不支持B. graminis hordei.的生长和无性繁殖。分生孢子将会萌发形成附着包，但是大多数不会穿透表皮细胞壁和乳状突起。但是，拟南芥是白粉病Erysiphecichoracearum 和 E. orontii的寄主。拟南芥突变体pen3-1 被B. graminis hordei侵染，允许增加穿透力。PEN3编码假定的三磷酸腺苷结合盒(ABC) 转运体PDR8。pen3-1对死体营养型Plectosphaerella cucumerina缺少抗性，还有两种非宿主植物的E. pisi(豌豆白粉) and Phytophthora infes-tans (马铃薯晚疫)。但是，pen3-1对E. cichoracearum有抗性。要研究在寄主和非寄主互作中的基因表达，Stein和他的同事们用Affymetrix Arabidopsis ATH1 GeneChip对比寄主(E. cichoracearum)和非寄主(B.graminis hordei)白粉病来鉴定接种一天后在野生型和突变体pen3-1表达中的差异。在微阵列中设置22810个探针，4240个被认为在E. cichoracearum和 B. graminis hordei感染株中有不同的表达，期望值小于0.001。就像预测的，基因被病原物侵染所诱导或者抑制。Figure 2在不同寄主-病原物互作中的重叠和保护基因表达。 Selected time-courseexpression proles of differentially expressed genes annotated to t引起芳香族氨基酸的生物合成的莽草酸途径中不同基因的表达的选择的时间过程表达图谱。(a) Erysiphe orontii侵染拟南芥的抗性反应。E. orontii cultures接种4周大的哥伦比亚野生型植物的三个独立复制，叶片编号 7 - 10 在 6, 12, 18, 24, 48, 72, 96, and 120 hai获得 (b) Fusarium graminearum侵染大麦的转录图谱.分离与 Butte 86 的F. graminearum侵染Morex spikes的四种生物复制， mock water control 在 24, 48, 72, 96, and 144 hai 时取; (c)在 拟南芥-E.orontii 互作中, 篮框标注的基因是上调, 红框上调, 黑框无差别 (见附注表 Table 1).在大麦-F. graminearum 互作中, 病原接种后，在实框中的基因表达上调，虚框表达物差别。 在大麦B.graminis hordei 互作中, 所有表达均有差异. (d ) 基因的子集界定为在B. graminis f. sp. Horde侵染大麦的亲和和非亲和互作中差异表达。亲和和非亲和互作的发生由C.I. 16151 and C.I. 16155 近等基因系 (各自包含 Mla6 and Mla13抗性等位基因)的两个产物引起 ，和 这两个 B. graminis hordei 菌株, 5874 (AvrMla6, AvrMla1) and K1(AvrMla13, AvrMla1)。B. graminis hordei接种 第一个叶片的三个独立复制在0, 8, 16, 20, 24, and 32 hai 获得。pen3-1介导的对E. cichoracearum抗性反应是水杨酸(SA)依赖型，同样的，SA途径基因，比如PAD4, SID2, EDS1, and EDS5和下游的SA途径标记，与野生型相比在pen3-1中上调。另外，用B. graminis hordei与E. cichoracearum相比，侵染植物后转录产物有显著的升高或者降低，与先前的实验AFGC（拟南芥功能基因组学）cDNA阵列关于在寄主与非寄主互作中水杨酸或茉莉酮酸酯或者乙烯防御途径的研究一致。水杨酸途径中基因的上调说明pen3-1-介导的对E. cichoracearum防御反应很可能是水杨酸途径的放大激活所引起的。Stein和他的同事假设拟南芥植物对于B. graminishordei的穿透力有更明显反应，因为拟南芥不能抑制寄主基础防御反应就像E. cichoracearum可以。第三个案例关系到与向生体性基因相关的寄主基因。白粉病是活体营养的病原物，可以维持寄主细胞存活来获取营养，同时最小化组织伤害。然而，当数以千计的白粉病分生孢子落在同一个叶片上时，结果会出现多种。比如，分生孢子在侵染过程可以成功，发育形成功能吸根，但是另一个却没有。因此，很有可能依赖于是否侵入成功的单个细胞的转录产物会有不同的变化。为了研究在单个侵染细胞的转录变化，Lyngkjaer和他的同事发明了新的关于大麦表皮细胞的显微操作系统。这个系统的关键是单个的抗性和侵染易感染大麦被侵染表皮细胞可以很容易的被区分，通过接种B. graminis hordei 18 hai后微观观察大麦叶片来区分。随后，这些的包含物和无接种的抑制细胞收集起来提取mRNA，扩增，与IPK (Gatersleben)大麦PGRC1 10k cDNA阵列杂交。等级聚类和多维排列用于观察样品间的关联。显而易见，蔗糖合酶的上调在感染细胞是特异的。另外，在抗性和易感细胞两个己醣转运子全都上调，基因与蔗糖运输也有联系。同时的发现物，与来自幼苗叶片无接种处理的样品相比已经在接种的中发现， BB2增加，据报道糖运输相关基因在B. graminis hordei接种后有明显的上调。这些预测的糖运输多酚氧化酶基因dsRNAi使单个细胞沉默产生更明显的抗性表型，说明病原物调控这些植物基因来控制糖对于活体营养生长的可利用性，就像预测的拟南芥接种E. cichoracearum 后的观察数据。通过比较，编码预测UDP-葡萄糖脱氢酶和碱性的/不带电的转化酵素的基因沉默产生更多的易感表型，说明蔗糖分隔是在病原物识别的上游。为了明确寄主基因对于白粉病侵染建立的重要性，Lyngkjaer和他的同事目前分析了包含吸器的大麦细胞的一个时间过程(1248 hai)的表达数据。这些分析对于破译关于生物生存建立的基因有深远的意义。这三个例子强调接种和组织收获方法的使用是依赖于正在解决的问题。在植物细菌互做中，比如，假设叶肉细胞反应决定分化脉管和非脉管细菌病原物，这个假设可被证实，通过注射渗透技术使细菌通过气孔暂停进入叶肉非原质体，得到渗入组织的转录图谱。在气孔孔隙细菌诱导变化的机制，另外，通过沾取或者喷洒接种后的防御细胞的转录组的图谱变化可以更好的解决，通过激光切割技术(LCM)也可解决。对于要解决的问题一个创造性的方法和细心地调整有不可预知的能力。因此平行表达技术可以应用于大多数的问题，关键是根据特定生物的优势或者略势设计出最好的一系列实验。显著性水平，错误的发现率和生物意义：高产量成果这些数据的第一个用途通常是获取最有意义的方法或者使用严格限度的途径，并且允许一个模式结构描述生物结构。这些统计的限度通常与低的错误率(FDR)或q value相联系。然而，应该评估一个对于生物系统被迫应用于限制的使用者，生物系统应该评价这个，最后，一些最令人感兴趣的基因或者基因表达的方式没有消除。这些可能更难应用，因为他们是高FDR群体的一部分。然而，通过逐步的使用数据结果是有用的，首先是通过严格的限度，然后是接连更宽松的标准来发现其他基因，与最初的模式是相似的或者相反。比如，在一系列的调查中开发利用关于大麦-白粉病互作的基因的数据结果，Caldo和他的同事最初使用限度p value0.0001，FDR 7%。这分析用于获得主要的有意义具差别的调控基因簇，这些调控基因与B. graminis hordei侵染的动力学相关联。随后，开始一个更为宽松的门槛p value 0.001 ，确定 了81个额外基因。尽管错误发现率相关的p value 0.001是20%，通过评估单个时间点的表达曲线，提取的这81个基因中28 个具有相同的表达模式的，与最初分析确定的前22个一样。进一步说，在 values 0.01限度下收集到最有意义的500个基因，进行中等信号轻度的聚类分析，基于表达图谱将这些基因归类于3大主要类群。这3个主要的类群中第三类群包括207个基因，包括21个不在最初的22个确定的基因，限度为p values 0.0001，且随后的28个基因确定( p values 0.001)，这些有同一的时间过程表达模式。类群3中预测基因的21个被注解与莽草酸途径有关，导致次级代谢产物的合成。(Figure 2c)除了放宽低的错误率(FDR)或者确定额外的基因，这些额外的基因与一定的图谱相符，也应该根据筛选基因家族或者功能组重新见检查数据。比如，Carr和他的同事重新分析了Huang的数据，与一个特殊基因相关联。Huanget al 实验的最初目的是检测的在拟南芥防御途径突变体的防御相关基因（寄主病毒亲和互作）表达中的作用。然而，Carr和他的同事感兴趣的是8个HSP100基因家族成员的作用，可以在阵列中表现出来。他们利用这些数据确定只有HSP101被用于研究的病毒所诱导，并且这个基因的表达独立于突变体防御信号途径。基于这些数据的分析，他们得出结论HSP101和其他热休克蛋白由病毒诱导，调控独立于防御相关基因途径。生物系统植物-菌互作：比较分析Stealthand Brute Force隐力和暴力活体营养真菌和卵菌，需要活的寄主提供营养，尽量避免输出和激活寄主防御反应，直到可以完成生活周期。如果寄主抗性基因存在，就会快速识别引起防御反应阻止病原的进一步入侵。在防御反应中诱导的很多基因有也在亲和性中诱导，尽管他们有不同的动力学原理。一个最好的例子是Figure 2c中显示的莽草酸途径。这个途径的酶类催化反应，导致产生芳香族氨基酸和与植物保护有关的次级代谢产物，比如，生物碱，苯丙醇，木质素。Figure 2和续Table 1, mRNA的大量转录是拟南芥和E. orontii ，大麦和B. graminis Hordei互作。Figure 2d，筛选基因的表达在亲和和不亲和中比较。这些数据包括了接种后的早期时间且说明接种超过第一个16 小时后，不管互作类型，在莽草酸途径中的基因表达普遍上涨。超过16 hai相当于吸器形成，这些基因的图谱有了分化，他们在不亲和中留在高的表达量但是亲和互作中降低。拟南芥-E. orontii的亲和互作揭示与大麦B. graminis hordei互作方式的不同(Figure 2a)。拟南芥中莽草酸途径中基因的显著诱导不像大麦B. graminis hordei互作中的那么早，而是晚(在2448 hai)。很想知道，这些基因是否在大麦B. graminis hordei亲和互作的晚些时候也被诱导。最后，在大麦F. graminearum亲和互作显示一个图谱与拟南芥-E. orontii互作的相似(Figure 2b),尽管F. graminearum为半活体营养型，莽草酸途径中的基因在4872 hai间隔期诱导，相当于真菌快速繁殖期和非选择性毒素的积累。这些基因表达的增加可能是普遍的防御机制，由R-Avr互作加强。B. graminis hordei侵染大麦表皮细胞，但是也诱导小麦局部获得性防御，一种非宿主植物。因此，对于这种病原菌，人们感兴趣的是表皮细胞表上面的渗透对叶肉细胞的影响。Bruggmann和他的同事分析了提取于小麦不亲和反应表皮细胞或者中胚叶的RNA样品。B. graminis hordei侵染引起在表皮和叶肉中转录产物积累显著变化，证明系统信号发生。就像预期的，大量的防御蛋白被诱导。但是大多叶肉中的比表皮中的有更多的折叠变化。Sec61 alpha亚基(AY044237)，钙网织蛋白和亲环蛋白编码基因（这些是关于蛋白分泌的基因）的表达在叶肉中诱导的更多，与此同时还有发病机理相关基因的增量表达。Caldo和他的同事对数据进行了更深的分析，揭示在大麦B. graminis hordei互做中关于分泌蛋白的一系列基因的诱导。同样，编码几种分泌蛋白的基因在拟南芥防御Pseudomonas syringae时被诱导，这些蛋白对于防御蛋白的分泌和系统获得性抗性非常重要(SAR)。因此，分泌物和防御基因的伴随诱导在谷物中发生，就像在拟南芥中，说明在植物防御中有高度保守机制。寄主与尸养寄生物互作中COI1-依赖性信号网络拟南芥-Botrytis cinerea和拟南芥-Alternaria brassicicola是寄主与尸养寄生物互作的模型。B. cinerea引起野生型拟南芥发病，病害在coi1突变体中加强。Brassicicola不引起野生型拟南芥发病，但是coi1突变体易感。使用Affymetrix Arabidopsis 8K GeneChip进行了研究野生型和突变体植物对这两种病原物的局部反应，对A. brassicicola的系统抗性使用包含2375 Arabidopsis ESTs（基于防御和信号转换）DNA阵列进行了研究。在B. cinerea中的实验，根据侵染(24 hai)的不同时间间隔取样，早期侵染(36 hai)，后期定植 (60 hai)。A. brassicicola样品在12, 24, and 36 hai收集，所有的相当于侵染的早期。在这些试验中，462 B. cinerea诱导基因(BIGs)，645 A. brassicicola诱导基因(AIGs) 在野生型植物第一36 hai确认。coi1突变体缺少茉莉酸途径( JA)，影响了几乎462 BIGs的三分之一和645 AIGs的五分之二的表达。许多受影响的基因与JA/ET介导的防御有关，比如PDF1.2, HEL1和抗氧化剂，还有JA合成酶。这些数据说明COI1依赖型基因防御尸养病原物的关系。在B. cinerea 例子中，这些效应基因的诱导伴随着至少30种调节转录因子的表达增加，其中27个是COI1依赖型。在这些基因中的14个突变体分析确定了两种转录因子WRKY70 and ZFAR1，调节反应保护拟南芥不被B.cinerea侵染。这些数据说明JA-/ET介导的防御在保护植物防御尸养寄生物的重要性和使人了解调控这些防御的复杂网络。在寄主中真菌表达图谱除了寄主细胞中不同基因的表达，考虑在侵染位点病原物基因的表达也是必要的。使用激光捕获显微镜(LCM)同时还有荧光AmCyan protein-tagging检测Col-letotrichum graminicola（造成玉米茎腐病）基因表达的研究，来获取用于微阵列分析的样品。这方法确定了超过8000个基因，在接种后两天在C. graminicola显著表达，这是侵染的早期相对真菌积量少。相似的另一个寄主病原物互作的研究，在侵染后两天，没有使用LCM，导致仅有900个表达真菌基因被确定。因此，LCM显然的丰富了真菌mRNA和在真菌mRNA转录物方面发现方面有了数量级的提高。对比在体外培养的和植物生长的基因表达显示分泌蛋白的显著上调，可能意味着效应子和其他蛋白的产生是致病性需要的。对于确定如何在这些样品中收集玉米细胞并且这些样品中对C.graminicola也有反映。Both和同事发现了在B. graminishordei 基因中协调表达的许多模式，使用cDNA微阵列图谱表达实验来界定代谢途径，检测在大麦中的侵染循环。这对真菌侵染寄主植物的无性繁殖阶段，真菌的代谢情况有了评价。当附着包形成时编码降解糖酶的基因有显著的上调，在包含真菌吸器的被侵染的表皮也是如此。在白粉病侵染后寄主植物显示出糖运输和利用相关基因的上调，为营养物的获得提供来源。 活体营养锈菌侵染寄主组织通过细胞间菌丝，菌丝在活体植物细胞中形成吸器。Jakupovic和他的同事据吸根特殊cDNA文库的EST序列，确定了基因在豆科锈菌Uromyces fabae的活体营养生长的表达。Uromyces的几个ESTs与inplanta诱导的基因(PIGs)相似。病毒编码顺序的确定，为在U. fabae. Subsequent微阵列实验的两个RNA微病毒提供证据，实验显示与夏孢子萌发相比在锈菌侵染的叶片中许多显著表达的，说明在发芽和发育的活体营养阶段锈病基因表达有变化。为了检测子囊菌门的B. cinerea（一种广泛用途的植物病原体），在实时侵染条件下，Gioti和他的同事用B. cinerea侵染拟南芥叶片，使用常用的微阵列检测转录产物。7%的B. cinerea基因在侵染期差异表达，有27个基因明显上调。其中的2个基因，车轮菌属加氧酶和并环戊二烯合酶，已经与真菌致病性关联，但是8个还没有确定功能。这27个基因成簇组成3个家族，第一个家族在真菌侵染后早期阶段显示出最大化的表达，第二个在植物叶片定植的的开端显示出最大化的表达，第三个在植物叶片定植完成时显示出最大化的表达。与FKBP12蛋白同源的一个基因从第三基因簇中得到，经过基因断裂被错误的认为是致病性决定性因素。几个丝状菌的基因组近来被测序，使基因组广泛性表达分析有了可能。G uldener和他的同事利用F. Graminearum（造成小麦和大麦的叶尖部萎蔫的镰刀霉的病原生物，）基因组序列，设计了全基因组(18 K) AffymetrixGeneChip。为了建立一组基因表达数据的基线，使用在三种营养环境下培养的真菌中提取得到的RNA对F. Graminearum GeneChips进行研究，还有在被侵染大麦的in planta。在大麦侵染时期的过程，7132 Fusarium探针组被称为present，尽管在侵染植物中提取的总RNA中真菌转录的部分很小，尤其是在侵染的早期阶段。植物细菌互作：效应子及其作用植物与细菌互作的寄主转录图谱已经在植物防御和导致病害的过程有了帮助。部分是因为植物-细菌病原系统容易掌握，在这些系统的研究同样对我们理解SAR和induced systemic resistance (ISR)有重大的贡献，在植物病原互作的大概阵列有重要作用。病原物转录图谱对细菌毒力因子鉴定已经半自动化，同样在在探索植物信号和化合物在病原物全局转录变化的影响有作用。在侵染期运输到寄主细胞的特殊细菌效应子蛋白的功能分析通过寄主对于具有或者不具有效应子的菌株的反应的相对转录图谱来研究，也要归功于细菌病原的遗传物质易于操作。来自这些研究的主流理论是许多效应子有能力抑制植物在互作早期触发的防御反应，在像agellin和lipolysaccharide (LPS)这些分子可以抑制，涉及到病原体，或者更广泛的，微生物相关分子模式(MAMPs)。一类类似催化剂(TAL)效应子的转录物的例子，寄主对象已经确定，对于效应子功能和病害防御建立新的模式。植物抗病基因介导的防御病原细菌图谱大量的实验得到了整体的观点:通过抗病基因介导的防御病原细菌的转录反应。Mysore et al.利用GeneCalling技术在马铃薯中来界定防御细菌性斑点病的转录变化，抗性基因 Pto 和 Prf的特殊作用， Pto的功能需要Prf。研究发现Prf在反应途径早期有作用，并且确定变化依赖于Prf不是Pto，说明在病源识别时Prf一个明确独立的作用。在随后的研究中使用了多种转录图谱技术和资源（包括负抑制和cDNA微阵列），说明Pto的超表达引起的基因表达的变化与动物免疫反应中观察到的相似。为了得知马铃薯防御Xanthomonas axonopodis pv. Vesicatoria菌株（菌株可表达效应子AvrRxv，AvrRxv由3个非主导抗性基因控制的）的分子基础， Bonshtein et al利用相似的图谱方法。有人获得了对于明确的抗性基因介导的反应的全局的转录图谱，（这些基因可能在遗传工程改造或不普遍的驯化的植物中高表达，会增强抗性）的反应。在拟南芥和P. Syringae互作的研究中，Tao和他的同事检测了在感病植物防御毒性菌株反应的全基因的表达模式（亲和互作），植物的反应通过抗病基因Rpm1 or Rps2，来对应无毒菌株的不亲和互作，植物对一种菌株显示出非寄主抗性，这菌株通常侵染豆科（不亲和互作）。分析显示在两种不同的抗性基因介导的反应和非宿主植物抗性都有很大的相似性，尽管基因工程很好的界定了各自信号途径的不同。研究还说明了亲和与不亲和互作很大程度是在数量上， Caldo观察的与大麦和Blumeria互作关联的analagous，有很大的不同，还有Eulgem和他的同事研究的拟南芥-Peronospora互作。理解病原诱导和植物基础防御的抗性尽管缺少抗病基因介导的防御，但是病原会遇到基础植物防御，由存在的MAMPS触发。转录图谱实验已经阐明植物基础防御，且提供了关于细菌病原如何克服基础防御的有力证据。de Torres和他的同事比较了拟南芥植物接种III型分泌系统(T3SS)缺陷（不致病）菌株，一个无毒菌株或者P. Syringae的有毒菌株。作者界定每种接种物的反应不同，收集起来与防御时的生理反应相关联。这些数据为基础防御提供了标签目录，为依赖T3SS模式毒性菌株抑制基础防御反应时寄主基因表达水平提供证据。研究还明确的说明III型效应子在植物的早期反应(up to 2 hai)不起作用，与无毒菌株互作。抗病基因介导的反应开始于3 hai并且影响基因表达全局。Desaki和他的同事分析基因表达变化，使用Agilent 22 K rice (60 mer)寡核苷酸微阵列检测在培养的水稻细胞对于来自致病或者不致病的细菌菌株LPS和真菌壳质碎片的反应。他们发现了基因表达变化之间的关系，这些变化由不同的MAMPS引起，说明信号途径被各自的效应子会和激活。这些变化包括防御基因和氧化反应发生涉及基因的上调。没有意料到的，与拟南芥的例子不同，LPS也引起基因完成细胞程序性死亡，基因对基因互作介导的典型反应。近来的研究，Truman和他的同事延伸了Torres和他的同事的结果，通过研究2, 4, and 12hai和Affymetrix 22 K ATH1GeneChip。他们确定一组基因诱导不依赖于III型效应子活性 (2 hai之前)，并确定了寄主转录水平依赖III型效应子型的调节。T3SS调节基因的五分之一在细菌2 hai时被诱导。这些调节编码胞外受体的基因的诱导表达和蛋白磷酸酶的上调，说明T3SS介导，协调抑制植物的病原菌识别和信号能力。这数据同样注意到T3SS的其他可能功能，包括对病原物增强营养和水的利用，加强植物对压力的抗性，还可能对过早死中和侵染位点干枯起到保护作用。Thilmony和他同事的研究提出了在侵染期基础防御诱导和抑制的相似观点，编码转录因子，信号蛋白和分泌相关蛋白或者存在于细胞壁的基因。再者，通过合适选择 P. Syringae的突变体菌株，研究区分了MAMPs, type III效应子和植物毒素coronatine介导的转录物的相关变化。作者记录早期植物对Escherichia coli的反应，发现与由P. syringae引起的基础防御反应很强的关联，辅助增强植物对MAMPs的保护反应。系统获得性抗性的连接点 转录图谱实验提供了一个概要或一系列全转录水平的概要。这些概要有助于推定基因的发现，这些基因涉及到一个过程和一系列协同调节基因（可能代表调节网络的部分）的识别。然而来自一系列的概要，可能很难分清等级，在不同基因转录水平变化的原因和结果关系。Wang和他的同事克服了限制，用简单的实验设计在拟南芥的SAR中界定了调节点。对于皮质素受体(GR)的融合转录共因子NPR1，对SAR很重要，控制NPR1的进入核内。同步使用蛋白翻译抑制剂放线(菌)酮确保观察到的在NPR1进入核上游被诱导的基因代表这个因子的直接目标。这表明NPR1的转移不仅引起防御基因表达，还有拟南芥中SAR所需的蛋白分泌途径基因。之后又发现转录因子WRKY家族中8个成员由NPR1调节。使用反复的遗传分析和基因图谱，他们描述了其中5个因子的功能，确定了在SAR调节网络的位置。另外，使用ab initio motif prediction software，MEME来鉴别TL1（这些基因上游序列的保护顺式作用元件）。这些研究显示出转录图谱揭示复杂信号网络的潜力，信号网络在传统遗传学鉴定的大量基因的下游起作用。解释在诱导性系统抗性中转录反应的诱导由于先前非致病菌Pseudomonas spp的菌株对根的侵染，ISR对于病原物防御反应增强。Rhizobacteria被观察到没有引起本身防御性植物毒素产生，但是为毒素产生做好了准备(relative to non-ISRinduced plants)来应对之后的病原侵染。其他防御的大量观察数据由转录图谱（由eu-domonas uorescens的ISR诱导菌株侵染，拟南芥叶片后来定植根部的图谱，）作为证据。这个研究与之前的病原菌侵染后的8000个基因在叶片中的表达反应不一致，但是相对于非诱导型基因，81个防御相关基因在接种后有明显加强。通过病原转录图谱鉴定候选毒力因子分析寄主的转录物组可以获得大量的信息，分析病原转录物组也已经很有成果，其他的方法无法无法攻克关于识别发病机理相关基因。使用此方法找到柑橘黄萎病Xylella fastidiosa,的发病原因，de Souza et al.利用几个连续无菌培养后这中病原物的致病性衰减。通过比较传代培养的非致病菌株与新鲜分离菌株的基因表达图谱，在基因(关于连生和环境适应)表达中发现了差别，揭示病原在病害中的潜在重要性。根腐病Erwinia chrysanthemi侵染后不同基因表达的微阵列分析，在非洲紫罗兰叶片的非原质体中有很大收获，与病原菌体外培养相比揭示出已知因子和候选毒力因子产生，同时还有适应环境时基因表达变化的重要性。致病性关键调节子已经被描述，野生型细菌的转录图谱和调节突变体菌株已经界定了由所有目标调节器组成的调节子。这个方法用于描述SalA调节的基因，是关于P. syringae pv. Syringae大豆病原物引起的植物毒素syringomycin产生的基因。同样的方法，通过删除形成突变来进行功能描述进行研究的方法，用于克服在X. Axonopodis pv. Vesicatoria（一种在胡椒和马铃薯上的重要病原）的新的毒力位点和III型效应子蛋白。在这个研究中，作者利用突变体，导致形成HrpG组成型活性，HrpG是过敏性反应和致病性(hrp)催化剂，编码III型分泌物(T3SS) 的基因。微阵列方便了在P. syringae pv. Tomato中III型效应器的辨别，还有全局转录程序（通过hrp途径的激活来协同）的检测。在这些研究中，作者利用hrp诱导培养基和功能缺失突变体（缺失关键的hrp调节子hrpRS and hrpL）。在之后的研究中，假定T3SS依赖型功能的大量位点被发现有hrp活性，还有几个基因（关于普通代谢功能），显示hrp依赖型下调，反映出对于起始的病害的潜在的代谢代价。效应子介导的植物防御抑制除了描述由III型效应子的抗性基因介导识别的寄主防御反应的触发，转录图谱推动了这些蛋白毒力的研究。使用常用的cDNA微阵列，Haucket al.发现P. syringae pv. Tomato的AvrPto抑制一系列基因（在拟南芥中的假定基于限制T3SS识别菌株生长的防御反应的细胞壁基因）的表达。观察细胞壁胼胝质沉淀的抑制和在基因改造植物表达AvrPto的F. syringae pv.Tomato的a hrp突变体 证实了这些转录图谱的结果。之后， AvrPto的毒力活性和另一个与有类似的毒力活性的P.syringae pv. Tomato效应器，AvrPtoB，对乙烯信号的作用，使用马铃薯cDNA微阵列得到说明。作为一系列试验的的一部分来说明AvrPtoB的毒力作用，de Torres et al.检验了对AvrPtoB (在先前的转录图谱研究确定为病原诱导基因(PIGs)或者应对鞭毛蛋白g22缩氨酸的上调基因)的反应。他们发现AvrPtoB有效地抑制了基础防御，但是没有抑制抗性基因介导的防御。研究表明全局转录图谱的价值是可以珩磨更小规模分析有用标记 。由qRT-PCR检验的早期的图谱研究中筛选的基因，对于拟南芥中MAMP诱导的基础防御同样可在揭示AvrPto and AvrPtoB的抑制活性时作为标记。这些研究说明在MAMP反应信号途径的早期抑制，影响MAPKKK激活且可能发生在隔膜。新效应子功能和新型防御模式除了要说明新的假说，转录图谱经常为大的发现提供线索。这是一个例子：Xanthomonas spp的转录激活因子(TAL)效应器的作用。cDNA-AFLP实验确定辣椒细菌性斑点病在应对AvrBs3的转录产物，TAL效应子蛋白可诱导叶肉细胞肥大。包括植物生长素和棒曲毒素的基因，说明在肥大生长的作用，表明了效应子功能和基因诱导的紧密的联系，说明寄主表达的活力调控由效应子引起的。由Xanthomonas oryzae pv. Oryzae引起的水稻白叶枯病，TAL效应子大家族的单独成员在不同的菌株间对毒力有贡献。寄主对于野生型X. oryzae pv. Oryzae菌株反应的转录图谱与对突变体菌株（影响TAL效应子或表达异源效应子）的图谱使用常用的Affymetrix rice GeneChip做了比较。这些对照可以确定这些细菌蛋白的转录目标。效应子PthXo1的例子，在菌株PXO99A, Os8N3中PthXo1是主要的毒力决定因素,一个与关于豆科植物瘤基因相似的水稻基因的，被确定为目标。Os8N3的上调解释了PthXo1的毒力作用，RNA干扰Os8N3 表达，显示这个基因在正常花粉萌发时的作用。后来发现Os8N3是隐性抗病基因xa13的等位基因，xa13不在互作中诱导。这个发现揭示新的病害防御（解释了一些抗性基因的隐形特征：缺少全易感需要的的诱导性）模式。 另一个效应子抗性基因互作操作相反。Xa27基因对于防御细菌疫病和他的无功能隐形等位基因xa27编码同一个蛋白。在这个例子，Xa27被病原激活，提供抗性。激活依赖于效应子AvrXa27，观察来自早期全局的转录图谱实验。Xa27代表一个关于效应子介导的寄主转录程序的进化阻碍，此程序将目标启动子放在抗性基因的前面。前景Figure 3说明，利用公开可用的AffymetrixriceGeneChip（代表51279转录物）得到的图谱说明与水稻细菌病原有很近的相关的性，病原侵染木质部或者通过叶肉非原质体侵染，造成不同的病害，触发不同的基因表达模式。这些不同说明在植物细菌互作中寄主对组织特异性反应的作用。根据需要通过选择病原系统，表明了植物细菌病原物的区分复杂物的潜力。这种实验类型和其他的充分利用遗传加工的细菌病原物，很多可用的基因组数据，说明转录图谱继续将是重要的手段来探索和推进假说研究对于确定寄主和病原物基因和基因功能，确定细菌植物互作的结果。水稻对于脉管和非脉管细菌病原侵染的差别基因表达模式。图上显示使用Affymetrix GeneChip 全水稻叶片与Xanthomonasoryzae pv. Oryzae菌株 (Xoo)互作超过96 hai的亲和反应的水稻基因组微阵列，Xoo侵染木质部造成细菌疫病，与X.oryzae pv. oryzicola (Xoc)亲和菌株侵染比较，Xoc通过侵染叶肉非原质体造成细菌条斑病，或与模拟接种比较。文氏图包括标准信号强度的探针，经过一段时间的互作，探针可代表基因对 Xoo 或 Xoc或者Xoo 和 Xoc的特异表达。这3种的实验显示每类有三种典型基因。四个独立重复实验用来进行方差分析评估可用性。竖线是基因表达水平，横线是时间。植物与病毒之间的互作亲和病毒诱导的植物防御与抗压反应。病毒-植物互作的转录组分析大部分已经集中在一个普遍问题即：病毒侵染易感寄主对mRNA转录物丰度的影响。寄主-病毒互作微阵列数据的直接比较复杂，因为用到了不同寄主，应用不同的技术平台，以及缺乏一个系统的长时间的学习，尽管如此，还是有些有趣的论文发表同时包含诱导与抑制基因两方面的内容。首先是共生病毒，类似于细菌和真菌，诱导类似于植物基础防御的反应，但是此反应的识别机制也可能与病毒和真菌的不同。与病毒亲和寄主的防御反应类似依赖SA以及上游信号原件如EDS1。植物由Oilseed rape mosaicVirus油菜花叶病毒属病毒（ORMV）和黄瓜花叶病毒属病毒（CMV）诱导的防御基因对NPR1的需求不同，NPR1作用于SA的下游。大多数的防御相关基因的增量表达都不是依赖于NPR1，尽管很多在npr1突变体中的表达水平会减少。病毒诱导的几个基因的表达，尤其是PR-1，是完全依赖于NPR1。如此，亲和植物病毒诱导防御反应是大多数是通过不依赖于NPR1的SA依赖途径，除PR-1于其他几个基因例外。也与防御与压力相关，热击蛋白谱图由不同的病毒感染而诱导得到，来自一种独立于SA的未知机制。植物的生长与发育中基因下调的潜在作用。目前的主题是细胞壁修饰基因与质粒基因的优先下调。两个不相干的病毒，Turnip mosaic virus (TuMV)花叶病毒和水稻矮缩病毒(RDV)，会造成拟南芥和水稻中有关细胞壁膨大的某些已知的或有潜在功能的基因分别减少表达。预测蛋白有功能注释的包括XTH,PME,EXP（几种酶）。因为这些基因的表达确定与植物细胞的生长和伸展相关，它们表达的减少也可以很好的与受侵染的拟南芥和水稻矮化生长直接相关。这些被注释的基因表达的减少如那些在质粒尤其是在叶绿体里也很吸引人，因为这有望揭示那些与病毒入侵紧密相关的叶绿体的症状。这些基因在单子叶和双子叶寄主植物中的表达减少的事实对应着两种不同种的病毒来鉴别，另一种病毒侵染潜在的保守特征。研究有待确定这些基因表达减少的相应机制。潜在的机制包括植物激素生物合成和信号的抑制如同病原体诱导的小RNA和病毒RNA的沉默因子。微阵列方法对-病毒侵染寄主反应的立体分析。这些病原体的胞内环境的固有特征，在寄主对病毒侵染的反应分析上也是很复杂的。病毒通过手动或接种操作的媒介传播很容易侵染寄主，因此也很难预测最初的侵染发生在哪。可以根据症状来跟踪病毒的发展，但是这些症状是在病毒初侵染后很长时间才发生的。这样，标准的采样过程包括研磨叶片，就会造成对立体信息的丢失和对早期表达的差异的兴趣降低。为了克服这个问题，在某种程度上，Yang et al.使用有GFP标记的侵染性克隆（TuMV-GFP)来识别侵染位点和特殊的研究远离未侵染的组织。Figure 4显示，肉眼可见的四个区域被界定，基于接种5天后的一系列侵染位点和1.2 mm直径的微孔镜。0区域是位点的中心，1在边缘附近，2紧邻边缘。3不是直接与GFP 荧光细胞联系，病毒水平不可察觉。使用这个方法他们发现防御和压力反应相似局限在侵染位点，发生与病毒积累量成比例。只有很少的证据证明超过TuMV-GFP侵染之前的寄主基因表达发生变化。区分TuMV-GFP侵染位点的基因表达图谱。第一个图说明接种后五天基于基因表达分析确定TuMV-GFP侵染位点，且如何分为4个区域。绿虚线是TuMV侵染，黑实线是模拟侵染。图中显示的是拟南芥中四种功能类型的八个不同基因的经TuMV-GFP和模拟侵染后四个区域的不同的表达量。0区域代表最高的病毒积累量，寄主基因表达变化也最大。3区病毒积累量最少，寄主基因表达变化最小。这种取样方法激活新的上调（核酶体蛋白，蛋白流动）下调基因（先前描述过的细胞壁修饰蛋白）可被确定，先前还没有观察，推测原因是在侵染的相同的时期issection enriched for cells，经历相同的寄主反应。TuMV侵染拟南芥同样引起mRNA表达，至少几乎所有的属于40S或者60s亚基的核糖体蛋白的一个同源组的mRNA表达。这是否反应大体上的增长仍需鉴定，寄主细胞对于蛋白合成的增长或者