甘蓝型油菜细胞壁响应壳寡糖诱导的抗菌核病机理研究

Sclerotinia stem rot (SSR) is the devastating diseases in rapeseed, which is hard to prevent and control, and causes huge economic losses of oilseed rape production. Recently, inducing plant disease resistance via biological excitons like chitosan oligosaccharides (COS) has become a research hotspot and been considered as a promising solution, which however needs further investigation into the mechanism. Our pilot experiments showed that COS can induce high resistance to SSR in rapeseed, and found that COS may induce the expression of relevant genes in the cell wall of rapeseed to induce plant disease resistance. This project therefore taking plant cell wall-mediated resistance as a breakthrough, we plan to systemically elucidate immune and physiological mechanisms of Brassica napus cell wall response to COS induced resistance to SSR by comprehensively used the methods of gene over-expression and knock-out, cell wall composition and structure analysis, ChIP-Seq, yeast two hybrid system, CO-IP, resistance identification and physiological indexes determination, and so on to conduct the following studies; 1) Screening of key cell wall resistance genes involved in the COS induced resistance process; 2) Investigating the mechanism of Brassica napus cell wall-mediated resistance to SSR; 3) Validating the role of above key genes in the process of COS induced plant disease resistance. The project would open new doors to further investigate molecular mechanism for plant disease resistance and provides new germplasm resources against SSR.

菌核病是油菜最主要的病害且防控困难，对我国油菜产业造成巨大经济损失。利用壳寡糖（COS）等生物激发子诱导植物免疫抗病是当今的研究热点，但该过程的具体模式和分子机制有待深入研究。申请人前期研究发现：利用COS能诱导油菜对菌核病产生较高的抗性，并发现COS可能通过诱导油菜细胞壁相关基因表达以抵抗菌核病。为了探明其潜在机制，本项目拟立足于植物细胞壁抗性，综合运用基因超表达和敲除、细胞壁组成和结构分析、ChIP-Seq、酵母双杂、CO-IP、抗性鉴定和生理生化指标测定等方法，开展如下工作：1）筛选参与COS诱导抗性过程的关键细胞壁抗性基因；2）解析油菜细胞壁响应并拮抗菌核病的抗性机制；3）验证关键基因在COS诱导抗性中的作用。以期系统解析甘蓝型油菜细胞壁响应COS诱导抗菌核病的生理与免疫机制。研究结果将为油菜抗菌核病育种提供科学依据和种质资源。

菌核病是油菜最主要的病害且防控困难，对我国油菜产业造成巨大经济损失。当前亟需筛选具有广谱抗性的因子并解析其抗病机理，为遗传改良和选育抗病品种提供新的种质资源和理论基础。近年来，研究发现植物细胞壁不仅仅是结构性的被动防御屏障, 更是一个动态性的主动防御体系，细胞壁的微小损伤或其结构成分的改变都会引起植物抗病信号途径和防卫反应的活化,日益成为植物免疫反应系统的重要组成部分。虽然细胞壁抗性对植物广谱抗病性十分重要，但目前只在模式植物拟南芥中有些许研究，在作物中鲜有报道。本研究利用壳寡糖（chitosan oligosaccharides，COS）诱导得到油菜对菌核病抗性显著增强的材料，通过转录组测序和分析等实验，挖掘出了六个关键细胞壁抗性基因BnWAK1、BnGAE1、BnGAE6、BnGAUTL1、BnPEL18、BnEXPA16。对这六个基因进行超表达和敲除载体构建，遗传转化甘蓝型油菜 westar，鉴定阳性苗及基因编辑情况，筛选出了基因表达显著提高的超表达株系及大片段确失或移码的基因敲除株系用于基因功能研究和分子机理解析。初步阐明了超表达BnWAK1 是通过接收更多的寡聚半乳糖醛酸来增强油菜对菌核病的抗性的机理，并验证了其它5个基因在油菜抗菌核病中的功能。另一方面，植物受到病原菌侵染时体内将会接受指令从正常的生长发育转向防御反应信号途径，生物体会发生剧烈的转录组重编程过程，而中介因子复合体MED是参与这一过程的关键因子。本研究发现BnMED16通过增强BnMED25介导的JA/ET防御通路和BnWRKY33激活的防御信号来增强甘蓝型油菜对核盘菌的抗性，并能够增强细胞壁抗性，引发较强的广谱抗性。此外，在本项目基础上，结合双子叶模式植物拟南芥和单子叶模式植物水稻以及新型园艺模式植物金鱼草，初步验证了细胞壁抗性具有广谱性，具有很强的应用前景。研究结果将为抗菌核病育种提供有用的基因资源，为深入理解作物抗菌核病的分子机制奠定基础，为全面理解细胞壁抗性在介导植物抗病反应中的作用增加新的视角。

内容获取失败，请点击重试