芸薹属植物抗病基因的进化及表观遗传调控

Plant cytoplasmic proteins containing nucleotide-binding site and leucine-rich repeat domains (NBS-LRRs) detect polymorphic, strain-specific pathogen effectors. High expression of plant nucleotide binding site leucine-rich repeat (NBS-LRR) defense genes is often lethal to plant cells, a phenotype perhaps associated with fitness costs. As negative transcriptional regulators, diverse miRNAs target NBS-LRRs in eudicots. However, there is few miRNAs targeting NBS-LRRs in Brassica. Thus, we will explore the evolution history of NBS-LRRs and the mechanism of loss of miRNAs in Brassica, together with other epigenetic regulation of NBS-LRRs. Furthermore, We will evaluate the control of miRNA to the fitness cost of NBS-LRRs and the possibility applying miRNAs to develop crops with resistance and stable production.

植物细胞质内一类具有核苷酸结合位点NBS (nucleotide binding site) 和富亮氨酸重复LRR (leucin-rich repeat) 结构域的抗病蛋白决定了植物免疫的特异性。编码NBS-LRR的抗病基因具有适合度代价，在没有病原侵染的情况下过量表达对植物自身是有害的。因此，植物通过多种方式控制NBS-LRR抗病基因的表达。在双子叶植物中，miRNA靶向大量NBS-LRR基因进而下调其表达。然而，十字花科植物中靶向NBS-LRR的miRNA是非常少的。本项目拟以十字花科芸薹属植物为研究对象，深入研究抗病基因的进化与其miRNA调控减少的机制，并分析表观修饰对NBS-LRR的调控作用。本项目将进一步通过实验进化生物学的手段，评价miRNA对抗病基因适合度代价的平衡作用，探索通过miRNA控制抗病基因的代价，开发抗病且产量稳定作物的可能性。

植物细胞质内具有核苷酸结合位点NBS和富亮氨酸重复LRR结构域的抗病蛋白决定了植物免疫的特异性。编码NBS-LRR的抗病基因具有适合度代价，在没有病原侵染的情况下过量表达对植物自身是有害的。因此，植物通过多种方式控制NBS-LRR抗病基因的表达。在双子叶植物中，miRNA靶向大量NBS-LRR 基因进而下调其表达。然而，十字花科植物中靶向NBS-LRR的miRNA是非常少的。本项目以十字花科芸薹属植物为研究对象，深入研究抗病基因的进化与其miRNA调控减少的机制，并分析表观修饰对NBS-LRR的调控作用。本项目首先开发了芸薹属植物大规模表观组学分析平台，重新处理了2000多个来自不同基因型、突变背景、组织类型和胁迫处理的拟南芥WGBS文库的原始数据，并根据重亚硫酸氢盐转化的深度和效率对它们进行了筛选。使得能够通过将每个“测试”库与100多个高质量的“野生型”库进行比较，从而确定高度可信的差异甲基化区域。本项目开发了统计和定量方法来分析DMRs之间的重叠，并根据它们对DNA甲基化的影响对集群库进行分析。除了确认已有的关系，还揭示了已知基因之间的新联系。例如，MET1和CMT3被认为是在CMT2靶向异染色质的非重叠区域维持不对称CHH甲基化所必需的。其次，本项目鉴定了芸薹属植物基因组的抗病基因，利用上述甲基化分析方法，对芸薹属的抗病基因进行了表观组学分析，发现进化速率较高的抗病基因具有更高的甲基化水平。最后，本项目构建了拟南芥靶向NBS-LRR抗病基因的miRNA472与miR825的敲低与敲除突变体，评价了miRNA对抗病基因适合度代价的平衡作用。