小麦抗性木质素的抗病功能研究

Lignin is important natural biopolymer derived from the second metabolism. Its physiological functions in plant growth and development, particularly in providing mechanical support and lodging resistance, have been extensively investigated. By contrast, the roles of the so-called "defense lignin" in disease resistance are largely unclear. Based on our work in lignin from wheat, this proposed project will focus on the biological roles and underlying mechanisms of defense lignin. We will generate a series of transgenic tobacco lines, rich in S-type lignin, G-type lignin or H-type lignin, with plants of total lignin content declined yet lignin composition unchanged as control. Lignin metabolism and disease resistance will be analyzed for these transgenic lines, aiming at revealing the biological features and action modes of defense lignin. Further, Rop protein genes with regulatory activities in disease resistance will be isolated from wheat, and their interactions with lignin biosynthetic enzymes will be analyzed using yeast hybridization and surface plasmon resonance techniques. Using transgenic tobacco plants, the roles of Rop proteins in disease resistance and their connections with defense lignin will be examined. Integrating results from these approaches, we will be able to elucidate the functions and action mechanisms of wheat defense lignin in disease resistance. This project will provide the basic theory and open new opportunities for molecular breeding of disease resistant crops and developing fodder plants for bio-energy and other applications.

木质素是重要的天然高分子次生代谢产物，其在植物生长发育和机械支持中的作用已经多有阐述，而在抗病反应中起主要作用的所谓"抗性木质素"，其基本特性和功能目前均不清楚。本项申请拟在我们多年研究小麦木质素代谢的基础上，深入探讨其抗性木质素的作用机理和生物学功能。项目拟通过转基因植物设计，构建分别富含S-型、G-型和H-型木质素的转基因植物，以木质素含量降低而成份比例不变的株系为参比，利用木质素代谢分析和抗病性测定，揭示抗性木质素的特征及其作用模式。进一步研究调控抗病反应的Rop蛋白，通过酵母杂交、表面等离子共振和转基因技术分析Rop蛋白与木质素合成酶之间的相互作用，阐明Rop蛋白是如何调控抗性木质素代谢，进而参与到植物的抗病反应中。综合上述研究结果，深入揭示小麦抗性木质素和抗病性之间的关联，为通过调节木质素代谢解决农业生产中抗病分子育种和生物质能源中功能植物的开发提供新的思路和理论基础。

木质素是重要天然高分子次生代谢产物，其在植物生长发育和机械支持中的作用已经多有阐述，而在抗病反应中起主要作用的所谓“抗性木质素”，其基本特性和功能目前均不清楚。. 本项目通过对小麦木质素合成酶和Rop蛋白之间相互作用分析，设计并获得系列木质素代谢发生改变的转基因植物，对其抗病性与木质素代谢进行了综合分析。研究结果表明，小麦中存在一类与抗病反应密切相关的TaRac1蛋白，它通过作用于木质素合成关键酶基因CCR和CAD，促进木质素合成，增加S型木质素比例，进一步增强植物对细菌和真菌病害的抗病性。S-型木质素与木质素总量对于植物抗病性具有重要作用，同时S-型木质素和木质素总量具有叠加效应，而G-型和H-型木质素对抗病性作用不明显。植物防御反应过程所涉及的木质素基因和代谢途径与正常发育过程类似。木质素在抗病过程中的作用，可以独立于其它抗病途径如水杨酸和茉莉酸等，保证了植物基本和广谱的防御机制。. 上述研究成果，揭示了小麦木质素和抗病反应之间的关联机理，为通过调节木质素代谢解决农业生产中抗病分子育种和生物质能源中功能植物开发提供了理论基础和切实可行的新途径。