bZIP11转录因子在梨抗灰霉病中的作用及调控机理解析

Botrytis cinerea is a major necrotrophic fungus which infects pear leaves and fruits, and significantly reduces the fruit yield and quality. bZIP transcription factor family play an important role in the defense response of plants to the biotic stress, however, regulatory mechanism of bZIP11 in plant response to fungus attack is unknown. Using RNA-Seq and transgenic plant analyses, the applicant found that PpbZIP11 is response to pathogen infection. The plants with over-expressed PpbZIP11 exhibited enhanced resistance to the infection of B.cinerea. Expression of PpProDH2 was induced by overexpression of PpbZIP11. Thus, we propose to, 1) perform phenotypic and cellular observations to determining the essential timing of colonization and development of B.cinerea in pear tissues; 2) screen the key metabolites and downstream genes regulated by PpbZIP11 using metabomomics and RNA-seq, monitoring the level of key compounds by HPLC and expression patterns of genes by qRT-PCR; 3) identify and characterize target gene of PpbZIP11 using EMSA and the interaction of proteins; 4) investigate biological function of key genes in defense response to B.cinerea using gene silencing technology; 5）finally, establish the regulator pathways and elucidate the regulatory mechanism of PpbZIP11 in the plants response to B.cinerea. This project will provide a scientific supplementary to biological function of bZIP11 and a foundation for genetic improvement of fruit resistance breeding.

梨灰霉病是灰葡萄孢侵染梨树叶片或果实引起的主要真菌病害，会显著降低梨果产量和品质。bZIP转录因子在植物抵抗生物胁迫中发挥关键作用，但未知bZIP11在植物防御真菌病害中的调控机制。经转录组测序及转基因研究发现，PpbZIP11响应于真菌病害侵染，其过表达植株对灰霉病抗性增强，且PpProDH2被诱导表达。因此，本项目拟从接种灰霉病菌的梨组织表型和细胞学观察入手，探明其发病规律；用转录组和代谢组高通量技术，筛选PpbZIP11调控的下游代谢产物和关键基因，结合HPLC和qRT-PCR鉴定相关化合物和基因变化；经EMSA及蛋白互作，明确PpbZIP11直接互作的下游靶基因；用基因沉默技术查明关键基因在防御响应中的生物学功能；构建PpbZIP11介导的抗病信号通路，深入解析PpbZIP11在防御响应中的调控机理；项目实施将给bZIP11生物学功能补充科学依据，为梨抗病分子育种提供理论基础。

梨是我国重要的果树之一，砂梨（Pyrus pyrifolia）是主栽良种。梨灰霉病是梨树和梨果的主要病害。它由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）侵染梨叶片或果实引起。目前生产上还缺乏针对该病害的抗病品种，其防治主要以化学杀菌剂为主，但危害环境安全和人类健康。获得抗性基因和解析抗病机制对育种具有重要意义。本项目借助病原菌侵染不同品种梨叶片的转录组数据库，明确PpbZIP11直接参与梨--病原菌互作过程；分离鉴定S1-bZIP转录因子，解析它们的基因结构及转录模式，明确梨--病原菌互作的分子调控网络成员PpbZIP11；通过抗病品种和感病品种接种病原菌后的转录组的比较分析，明确抗病能力不同的品种中PpbZIP11对病原菌侵染的响应存在转录差异；通过过表达转基因株系叶片接种病原菌，明确过量表达PpbZIP11基因能提高转基因植株叶片抗病能力的关键特性。过表达转基因叶片--病原菌互作实验解析PpbZIP11在抗病中的作用：在接种灰霉病病原菌后，与对照叶片相比，转基因株系叶片上，灰霉病病原菌未能成功侵染和扩展。对接种病原菌后的野生植株和转基因植株叶片进行转录组比较分析，过表达PpbZIP11能够改变受体植物活性氧清除的能力，使其维持较低的活性氧比率、以减少过量活性氧对叶片的伤害；减少细胞程序性死亡，限制病原菌扩展；qRT-PCR验证了转基因株系叶片中活性氧清除基因和抗病基因表达增强；荧光素酶和EMSA试验证实PpbZIP11转录因子对靶基因启动子的结合能力。PpbZIP11起着正调控病原菌接种后叶片体内的抗病和活性氧清除机制，使其更好的抵御病原菌入侵并抑制其扩展。本项目发表研究论文4篇（SCI 2篇），培养硕士研究生1名；所建立的研究方法和技术方案可类推应用于其它抗病相关转录因子或果实品质形成相关转录因子的研究，为解析砂梨不同抗感品种与病原菌互作中的差异应答策略提供重要的数据库和候选基因，初步揭示基于PpbZIP11的抗病调控机制，为梨抗病育种提供候选基因及理论依据。