南方根结线虫毒性变异相关基因高通量沉默及功能验证

Root-knot nematode Meloidogyne incognita is an important plant endo-parasitic nematode and annually causes serious damage to agricultural industry in the world. Avirulent population of M. incognita broke Mi-gene resistance and became virulent which resulted in the resistance loss of crop varieties. The mechanism of virulence variation is still unknown. The study will focus on the Near-Isogenic Lines of M. incognita. The cDNA libraries for differential expressed genes will be constructed with materials of virulent and avirulent M. incognita infected Mi-gene tomatoes by Representational Difference Analysis (RDA). The high-through silencing of differential expressed genes will be carried out by RNAi system mediated by Tobacco Rattle Virus (TRV). The vital genes affecting the virulence variation will be selected by phenotype comparison. The functional model of vital genes involved in the interaction with Mi-gene of tomato will be studied in order to elucidate the rules of virulence variation for M. incognita under the selection pressure of Mi-gene. The results of the study will benefit the reasonable utilization of resistance varieties and provide the effective control strategy for root-knot nematode disease.

南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是一种非常重要的植物内寄生线虫，每年给世界农业生产造成巨大的经济损失。南方根结线虫无毒群体突破Mi基因抗性转变为毒性群体，从而导致品种抗性丧失，目前这一毒性变异机制尚不明确。本项目以南方根结线虫近等基因系（Near-Isogenic Lines，NIL）为研究对象，利用代表性差异显示技术（RDA）分离根结线虫无毒群体和毒性群体侵染Mi抗性番茄后的差异表达基因；采用烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus，TRV）介导的基因沉默体系对差异表达基因进行高通量沉默，通过比较表型变化分离影响线虫毒性变异的关键基因；并进一步研究关键基因与番茄Mi抗性基因的互作模式，从而揭示在Mi抗性基因选择压力下南方根结线虫的毒性变异规律，研究结果对于合理利用抗性资源、有效防治根结线虫为害具有重要指导意义。

根结线虫（Meloidogyne spp.）是为害农业生产的一类重要的固定性内寄生线虫。种植含Mi抗性基因的番茄是防治根结线虫的有效手段，然而Mi 毒性群体的出现严重影响了抗性资源的持久利用。本项目主要研究内容为构建南方根结线虫无毒群体和毒性群体侵染Mi抗性番茄后的差异表达基因文库；采用烟草脆裂病毒（Tobacco rattle virus，TRV）介导的基因沉默体系筛选与线虫毒性相关的基因；并进一步研究其与Mi番茄的互作模式，以期揭示在Mi抗性基因选择压力下南方根结线虫的毒性变异规律。主要研究结果如下：. 构建了南方根结线虫无毒和毒性群体侵染的Mi抗性番茄cDNA文库，利用RNAseq技术获得了93个线虫差异表达基因，其中69个在毒性群体中上调表达，24个下调表达，功能注释主要涉及转录因子调节活性、结构分子活性、生长、繁殖和运动等。番茄响应无毒和毒性群体侵染共产生308个差异表达基因，其中198个在毒性群体侵染的根系中上调表达，110个下调表达，功能涉及细胞壁合成与降解、植物激素代谢、防卫反应、信号传递和蛋白水解等方面。. TRV介导的基因沉默证实沉默上述任一无毒群体上调表达基因均不能改变线虫无毒群体与Mi抗性番茄的非亲和互作，表明线虫的毒性变异可能与多基因控制的数量遗传性状相关，而不是由单个基因所控制。而沉默毒性群体侵染Mi抗性番茄引起上调表达的番茄过氧化物酶基因（Peroxidase POD），则会导致线虫毒性群体侵染Mi抗性番茄能力下降及根系内活性氧（Reactive oxygen species, ROS）水平升高，揭示激活植物活性氧消除系统对于南方根结线虫毒性群体寄生Mi抗性番茄具有重要作用。. 本研究发现线虫毒性群体上调表达基因能够抑制不同激发子引起的植物细胞坏死或抑制植物免疫。已证实其中的分支酸变位酶（Chorismate mutase，CM）基因瞬时表达能够降低辣椒疫霉激发的烟草水杨酸与PR1基因水平，组成型表达则影响烟草根系的发育并促进线虫的侵染，揭示线虫能够利用该基因通过调节植物的水杨酸来抑制植物免疫。. 本项目研究成果为深入揭示线虫突破Mi基因抗性的分子机制以及制定有效的防控策略打下基础。