色氨酸诱导马铃薯疮痂病抗性的作用机制研究

Common scab is a soil-borne disease caused by the filamentous pathogenic actinobacteria in the genus Streptomyces. The disease seriously affects the marketability and the storage property of potato. Our previous studies indicated that exogenous tryptophan indeed reduced the common scab incidence, thus increased minituber yield, showing that tryptophan can induce resistance to common scab in potato. We speculated that tryptophan or Trp-derived secondary metabolites regulates the biosynthesis of IAA and thaxtomin A in potato, and somehow induced the resistance to common scab of potato, providing a valuable clue for us to control common scab of potato. In the proposed study, we will explore the mechanisms underlying exogenous tryptophan induced-resistance to common scab of potato by foliar Sprays. In detail, we will record the disease incidence, measure physiological changes related to the resistance, compare the difference gene expressing of transcriptome, monitor gene expression and interaction network, test the influx of IAA and thaxtomin A by NMT and the content by HPLC, and analyze relationship between physiological changes and the known resistance pathways. The predicted outcome of this study will contribute to further reveal the mechanisms of induced resistance in plants, and provide a new way for prevention and controlling potato common scab.

马铃薯疮痂病是由链霉菌属的病原放线菌引起的马铃薯土传病害，极难防治，严重影响了马铃薯的商品性和耐储性，已经成为当前马铃薯生产中面临的一大难题。我们的前期研究结果表明对马铃薯叶面喷施色氨酸（tryptophan）可以降低该病发病率，表明tryptophan可以诱导马铃薯对疮痂病的抗性。我们推测tryptophan或其次级代谢途径对受侵染马铃薯体内的IAA及毒素thaxtomin A进行调控，通过生理变化及基因表达变化诱导马铃薯对疮痂病的抗性。本研究拟通过对马铃薯植株外施 tryptophan，测定植株各种抗性生理指标变化，并通过转录组分析鉴定相关表达差异基因，利用NMT和HPCL技术测定马铃薯IAA及thaxtomin A流向与含量，分析与已知抗性途径的关系，最终阐明外源tryptophan诱导马铃薯对疮痂病的抗性机制，有助于进一步揭示植物诱导抗性的产生机制，为防治马铃薯疮痂病探索新途径。

我国是世界上最大的马铃薯生产国，FAO统计报告显示，我国马铃薯播种面积占全世界的30%，总产量占25%。但我国马铃薯产业深受病害影响，其中马铃薯疮痂病已经成为主要病害之一，对马铃薯产业造成了巨大的经济损失。科学家们采取了多种手段对疮痂病进行防控, 但是多难以取得令人满意的效果。近年来随着对植物诱导抗性的研究，诱抗剂在防治作物病害中得到了广泛应用。.我们在试验中发现，色氨酸（tryptophan）可以作为诱抗剂，诱导马铃薯对疮痂病产生抗性，降低疮痂病发病率，但是作用机制并不明确，需要进行深入研究。本研究拟从Trp诱导马铃薯抗性入手，对马铃薯生理生化方面的调控及相关抗性基因的表达变化，探索tryptophan对马铃薯植株抗性的诱导机制，为马铃薯抗性研究提供实验数据和理论基础。本项目拟利用全转录组分析，比较外源 tryptophan应用后马铃薯体内基因的变化情况，解析tryptophan对马铃薯植株抗性的诱导机制，为马铃薯抗性研究提供实验数据和理论基础，为疮痂病防控提供了新的突破方向。.重要结果及数据：.（1）通过接种实验，证明Trp能够作为诱抗剂降低马铃薯疮痂病发病率。应用外源Trp后，我们进行了相关基因分析，通过对SA、JA等途径抗性基因的检测，证明外源Trp诱导宿主抗性途径的方式为SAR。.（2）外源Trp可以改变植保素Camalexin合成相关基因CYP79和CYP81的表达。.（3）对病原侵入途径机械屏障相关基因检测。在接种病原后，纤维素、木质素等基因表达量降低；应用外源Trp后，表达量上调。推测外源Trp可以修复被病原破坏的机械屏障。.（4）分析转录组数据，发现外源Trp的应用对CYP71B进行调控，从而促进Camalexin的表达。.（5）分析转录组数据，发现生长素响应因子ARF家族、核转运蛋白β家族（KPNβ）中多数成员表达量发生变化，表明ARF家族和KPNβ在抗病过程中可能发挥重要作用。.该项目的实施对于制备新型诱抗剂，更好的防控马铃薯疮痂病，具有借鉴和参考价值。