番茄基质金属蛋白酶（Sl-MMPs)基因家族的分离鉴定及其在番茄抗青枯病中的功能研究

Bacterial wilt of tomato caused by Ralstonia solanacearum is a major constraint to the tomato production in south China. However, the resistance mechanism of tomato to bacterial wilt is not fully understood. The matrix metalloproteinases (MMPs) genes belong to a highly conserved gene family across plants and animals. They are known to play essential roles in the processes of a number of serious diseases in human, but less studied in plant immunity. The applicant's previous study on Arabidopsis MMPs demonstrated their role as positive regulators in disease resistance. On the basis of these findings, the current project is initiated to isolate and identify the tomato MMP family members on genome-wide scale; compare the deference of the tomato MMPs gene expression between the resistance / susceptible cultivars after Ralstonia solanacearum infection; analyze the spatiotemporal gene expression of tomato MMPs in different tissues and developmental stages; clone the defense related MMPs using genome information and clarify its subcellular localization; and analyze the phenotype of the overexpression and RNAi plants regarding the resistance to bacterial wilt. Taken together, these efforts aim to elucidate the function of candidate tomato MMP genes in tomato- R. solanacearum interaction. The finding from this study promises to further our understanding of the molecular mechanism in the tomato-R. solanacearum interaction and facilitate the utilization of novel defense-related genes in the resistance breeding practice of tomato.

青枯病是南方番茄生产的重要限制因素，但番茄对青枯病的抗性机制尚未十分明确。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）基因是动植物中高度保守的基因家族，在人体多种重大疾病进程中发挥关键作用，但在植物抗病过程中的研究较少。申请人前期研究发现MMPs 在拟南芥抗病中起正调控作用。在此基础上，本项目拟以番茄为研究对象，在全基因组范围分离、鉴定番茄MMP家族成员；比较接种青枯菌后抗/感病材料中番茄MMPs基因的表达差异，研究分析其在不同组织和发育阶段的时空表达特点；利用番茄全基因组信息克隆抗病相关MMP基因，明确其亚细胞定位，分析过表达和RNAi植株的抗青枯病表型，从而阐明候选MMP基因在番茄-青枯菌互作中的功能。研究结果有助于深入理解番茄-青枯菌互作的分子机理，并能挖掘利用新的抗病相关基因，指导番茄育种实践。

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMP）是动植物体内高度保守的蛋白酶家族。在医学上，对人体基质金属蛋白酶的功能已有较深入的研究，然而在植物上对其功能研究仍然极少。本研究以双子叶植物番茄为研究对象，重点对番茄基质金属蛋白酶基因家族进行了挖掘、克隆、表达分析、亚细胞定位及功能分析。对番茄基质金属蛋白酶家族的6个基因成员全部进行了克隆。进化分析表明，番茄MMP家族和其他高等植物MMP家族具有高度的同源性，其中最近的是马铃薯。通过表达分析，明确了番茄MMP基因家族的组织表达特性和环境响应性。结果表明，在根、根颈、叶、花蕾、花、绿果、红果等8中组织器官中，MMP1-MMP6的表达有一定特异性。进一步，采用低温、水杨酸、茉莉酸以及青枯菌侵染，研究了番茄MMP成员的响应动态。通过构建荧光蛋白融合载体，对MMP1-MMP6的亚细胞定位进行了研究。筛选出MMP1作为青枯菌响应和青枯病抗性的候选基因。采用叶盘法，转化番茄品种小汤姆，得到了转基因阳性植株，初步分析了转基因阳性植株的抗病相关基因表达情况。本研究结果增加了对重要功能基因家族MMP的理解，明确了其组织表达及环境响应规律，筛选到MMP1为一个新的青枯病抗性相关因子。