油菜铜离子分子伴侣基因BnCCH在菌核病抗性中的功能分析

Sclerotinia stem rot is one of important diseases, which causes serious loss of production in Brassica crops, such as B. napus and B. oleracea. By transcriptome sequencing of stem after and before inoculation of sclerotinia in B. oleracea, we found the genes and pathways related with cooper iron were involved with the interaction between host and sclerotinia in previous research. In this project we will investigate structural and functional variance of BnCCH in natural population of B. naps, trans- and cis- interaction of BnCCH and resistance nets associated with BnCCH. It will be helpful for understanding the interaction mechanism between host and sclerotinia, and promoting resistance breeding by development of functional markers in B. naps.

菌核病是由核盘菌侵染引起的一种重要植物病害，它严重危害了油菜、甘蓝等十字花科农作物的生产。项目组前期通过对甘蓝接种前后的茎杆转录组测序分析，发现铜离子代谢相关基因和代谢途径参与了寄主和核盘菌互作。本项目拟调查油菜铜离子分子伴侣基因BnCCH的DNA结构变异及其对菌核病抗性影响，明确BnCCH 基因响应核盘菌侵染的顺式元件和相应的反式因子，解析油菜BnCCH 基因参与的菌核病抗病相关网络，开发与菌核病抗性相关的功能标记。该项目的开展对于揭示寄主和核盘菌互作机制，和油菜的抗病育种具有理论和实践意义。

死体营养型病原菌诱导寄主活性氧(ROS)的产生，导致寄主坏死，使病原菌从死亡组织中吸收营养。核盘菌是一种典型的死体营养型真菌，导致400多种植物产生菌核病，造成严重的经济损失。该项目取得的主要研究发现，在侵染甘蓝过程中，三个参与铜离子转入/转运的核盘菌基因SsCTR1、SsCCS和SsATX1显著上调。功能分析表明，这些基因参与了核盘菌活性氧解除和致病。同时我们发现，参与寄主铜离子动态平衡的四个基因，BolCCS、BolCCH、BolMT2A和BolDRT112，在感病甘蓝中显著下调，但在抗性甘蓝中稳定表达。随后，我们发现这四个基因在拟南芥中的同源基因促进了寄主对核盘菌的抗性及抗氧化活性。此外，铜离子含量测定表明，在核盘菌侵染期间，铜离子从健康区域流入坏死区域。最终我们提出了一个植物-核盘菌互作模型，即核盘菌摄取寄主铜离子来解毒其细胞中的活性氧，而抗性寄主可能通过维持在侵染过程中的铜离子动态平衡来限制必需铜离子对核盘菌的供应。