【摘 要】
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卵菌(Oomycetes)是一类丝状真核微生物,形似但不属于真菌,包含多种植物病原菌。其中,疫霉属卵菌(Phytophthora)可引发多种植物病害,严重威胁全球的农业生产和生态安全。卵菌具有独特的遗传变异和毒性演化机制,克服寄主品种抗病性的能力强,使得作物品种抗病性丧失问题十分突出,作物卵菌病害的防控高度依赖化学农药。因此,认识植物对卵菌的感病性,是探索作物抗病新策略的基础,对作物抗病育种具有重
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:31930094); 国家现代农业产业技术体系(编号:CARS-09); “作物抗病育种与遗传改良创新引智基地”111项目(编号:B18042)
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卵菌(Oomycetes)是一类丝状真核微生物,形似但不属于真菌,包含多种植物病原菌。其中,疫霉属卵菌(Phytophthora)可引发多种植物病害,严重威胁全球的农业生产和生态安全。卵菌具有独特的遗传变异和毒性演化机制,克服寄主品种抗病性的能力强,使得作物品种抗病性丧失问题十分突出,作物卵菌病害的防控高度依赖化学农药。因此,认识植物对卵菌的感病性,是探索作物抗病新策略的基础,对作物抗病育种具有重要意义。Micro RNA(miRNA)是一类小分子非编码RNA,主要通过介导靶基因m RNA切割或翻译抑制在转录后水平调控靶基因的表达,在植物生长发育和胁迫应答过程中起着重要的调控作用。本研究利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)-寄生疫霉菌(Phytophthora parasitica)亲和互作体系,通过分析差异累积的miRNA,探究miRNA在植物感疫霉菌过程中的作用机制。实验室前期研究发现拟南芥miR398b受寄生疫霉菌侵染差异累积,本研究在此基础上对miR398b介导拟南芥感寄生疫霉菌的调控机制进行分析。主要研究结果如下:1.发现miR398b介导拟南芥对寄生疫霉菌的感病性。通过G:U hp RNA技术和过表达pre-miR398b序列,分别制备了miR398b的沉默和过表达转基因拟南芥植株,结合接菌测试,发现miR398b沉默植株对寄生疫霉菌的抗病性显著增强,而miR398b过表达植株的感病性显著增强,表明miR398b介导拟南芥对寄生疫霉菌的感病性。2.发现miR398b通过介导乙酰氨基葡萄糖基转移酶编码基因(At C2Gn T)m RNA的非典型切割抑制At C2Gn T的表达。通过在线软件ps RNATarget进行序列比对,结合实时荧光定量PCR进行表达量检测,发现At C2Gn T是miR398b的一个新的潜在靶基因。典型的由植物miRNA介导的靶基因m RNA切割位点通常位于与miRNA配对的第10-11个碱基之间,通过RLM-5’RACE(RNA ligase-mediated 5’-amplification of c DNA ends)技术和本氏烟瞬时表达技术分析发现At C2Gn T m RNA的裂解位点位于miR398b典型切割位点上游第36个碱基处。3.发现miR398b靶基因At C2Gn T和铜/锌-超氧化物歧化酶编码基因(CSD1和CSD2)正向调控植物的寄生疫霉菌抗性。(1)利用CRISPR/Cas9编辑技术和RNAi技术分别制备了敲除和沉默At C2Gn T的转基因拟南芥,利用VIGS技术制备了沉默At C2Gn T直系同源基因Nb C2Gn T的本氏烟植株,结合接菌测试,发现沉默C2Gn T提高了植株对寄生疫霉菌的感病性,而在拟南芥和本氏烟中过表达At C2Gn T编码序列(CDS)则提高了植株对寄生疫霉菌的抗病性,表明C2Gn T是植物响应疫霉菌侵染的免疫正调控因子,且抗性功能在不同物种中相对保守;At C2Gn T编码高尔基体定位蛋白,通过蛋白截短实验发现At C2Gn T的跨膜结构域和非胞质的C端序列在其高尔基体定位和介导寄生疫霉菌抗性中具有重要作用。(2)沉默CSD1和CSD2可以提高拟南芥对寄生疫霉菌的感病性,瞬时表达CSD1和CSD2可提高本氏烟对寄生疫霉菌的抗病性,表明CSD1和CSD2是植物免疫的正调控因子。4.明确了At C2Gn T通过两条独立的通路正向调控拟南芥的寄生疫霉菌抗性。定量检测发现At C2Gn T RNAi植株中pri-miR398b和miR398b的表达水平显著升高,导致CSD1和CSD2表达水平显著降低,而在At C2Gn T敲除突变体和At C2Gn T过表达转基因植株中均未检测到显著变化,表明At C2Gn T RNAi植株的感病性增强依赖miR398b-CSDs通路,而At C2Gn T敲除突变体的感病性增强和At C2Gn T过表达转基因植株的抗病性增强则不依赖miR398b-CSDs通路。这些结果表明,At C2Gn T转录本通过抑制miR398b-CSDs通路增强植物免疫,而At C2Gn T蛋白通过独立于miR398b-CSDs通路的平行通路增强植物免疫。综上所述,本研究揭示了miR398b通过抑制At C2Gn T、CSD1和CSD2的表达介导拟南芥对寄生疫霉菌感病性,为进一步了解miRNA及其靶基因在植物感疫霉菌过程中的作用提供了理论基础,并为疫霉菌的防控提供了新思路。
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