高抗枯萎病香蕉资源筛选及其对尖孢镰刀菌热带4号小种的识别与免疫机制研究

Fusarium wilt of banana, the devastating disease of banana industry in the world, is caused by Fusarium oxysporum f. sp. Cubense (Foc). Foc tropical race 4 (Foc TR4) is one of the most destructive pathogen among all types of Foc. At present, there was no effective method to control the disease. Resistance breeding is the most effective and lasting strategy, but it is difficult to obtain resistant cultivars. The root cause is lack of high-resistant banana germplasm resources and genes. The project aims to evaluate the resistance of 400 banana resources, meanwhile excellent materials will be got for breeding and experiment. Then, using live-cell fluorescence imaging and Tandem Mass Tags (TMT) technology investigate the recognition and immune mechanism of the highest resistant and susceptive banana diploid (AA) to Foc TR4. At the same time, some resistant genes will be identified in the process.

香蕉枯萎病是香蕉产业的毁灭性病害，其病原为尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f.sp.cubense, Foc），其中Foc热带4号小种（Foc TR4）的危害最大。迄今为止，尚未发现有效的根治措施。抗病育种是最为有效和持久的选择，然而抗病品种的获得仍存在较大困难，根本原因在于高抗（甚至免疫）的香蕉资源和抗性基因的缺乏。本项目旨在对项目组收集的400余份香蕉种质资源进行抗病性评价，以获得优良的育种和实验材料；并以筛选获得的抗性最强和最弱的二倍体（AA）野生资源为材料，通过活细胞荧光成像和定量蛋白质组学等技术深入研究高抗资源对Foc TR4早期识别和免疫的生理学特征和分子机制，同时挖掘一些抗病基因。

枯萎病是香蕉产业的重大真菌病害，其病原为尖孢镰刀菌古巴专化型（Fusarium oxysporum f.sp. cubense, Foc）。根据致病寄主的不同，可将Foc分为4个生理小种，而热带4号小种（Foc TR4）的致病力最强。抗病育种是最为持久、有效的防控措施，而种质资源鉴定和抗病机理的研究为抗病育种提供材料和理论参考。基于此，本项目在抗病评价方法的建立、资源抗性评价、抗病生理和分子机制等方面开展了较为系统的研究。通过比较不同的接种方法接种后抗、中抗和感病香蕉品种的发病情况，建立了能准确反映香蕉抗性的评价方法——改良的灌根法，该技术体系能用于香蕉资源对Foc TR4的抗性评价。系统评价了253份香蕉种质资源的抗性，其中100份同时在发病严重的田间种植两年并调查了发病情况。共筛选获得高抗资源8份，抗病资源41份，其中Pahang（AA）、Calcutta 4（AA）和Musa itinerans（Musa itinerans var.）的抗性最高。评价了14份非洲主栽品种，包括7份非洲高原香蕉（AAA）和7份Plantain（AAB），以上所有香蕉资源的抗性均为抗病或以上，消除了非洲人民种植香蕉受到枯萎病威胁的忧虑。以抗、感病香蕉主栽品种（天宝蕉和抗枯5号）为材料，对早期互作的生理特性进行了研究，发现抗病资源ROS在激活抗病品种免疫反应中起重要作用，此外抗病资源接种后在质膜和线粒体膜的完整性高于感病资源。接种后，相同植株的不同根系、不同部位各生理参数的变化呈现较大的差异，在接种时发育较好的幼根之间的生理参数较为稳定。开展了抗、感病香蕉资源与Foc TR4早期互作的定量蛋白组学分析和数据验证，发现差异表达蛋白主要为防御相关蛋白、氧化还原胁迫蛋白、信号转导相关蛋白、转录因子、次生代谢相关蛋白和植物激素调控相关蛋白等，其中C4H、GST、DRRP206和COMT在抗、感病材料中存在区别的表达模式，这些差异蛋白可能参与了香蕉与Foc TR4互作过程中的胁迫响应机制。本项目的开展为香蕉对Foc TR4抗性鉴定、抗病育种和抗病基因鉴定提供了参考。