乙烯信号转导通路调控匍匐翦股颖ISR抗病反应的机理研究

Creeping Bentgrass is a lawn grass with strong cold-resistance, strong drought-resistance, weak disease-resistance and beautiful look. ISR disease-resistance response is the important biologically induced, systemic defence response. Up to now, study about the ISR disease-resistance mechanism of lawn grass is scarce, especially signal transduction pathway of ISR disease-resistance response and disease-resistance gene expression. In this research, the susceptible varieties of Creeping Bentgrass PennA-1、PennA-4 and Putter will be chosen as test material. Butanediol, a new type of agent, which can induct disease-resistance in plant, will be applied to those materials by root to produce ISR disease-resistance. The cytoplasm ET concentrations, ACO activities and ACS activities of ET synthesis key enzyme in Creeping Bentgrass will be measured with gas chromatography; the expression levels of response gene of ET signal pathway, disease-resistance gene of ET signal pathway, ISR disease-resistance gene and ISR defense protein gene NPR1 will be measured with RT-PCR. In this research, the synthesis ability of ET signaling molecule in ISR disease-resistance response, the regulation mechanism of mediators and response gene in ET signal transduction pathway for ISR disease-resistance gene expression will be explored, in order to reveal the complete signal transduction pathway of ISR system in lawn grass, which will provide an important theoretical basis for turf ecosystem and breed improvement of lawn grass.

匍匐翦股颖是抗寒耐旱、抗病能力差、观赏性强的绿地草坪草之一。ISR抗病反应是一种重要的生物诱导系统性防御响应。目前对草坪草的ISR抗病机制知之甚少，尤其是ISR抗病反应中信号转导通路及抗病基因表达研究尚为空白。本项目拟以匍匐翦股颖感病性品种PennA-1、PennA-4和Putter为供试材料，通过根部施入BDO这一新型抗病诱导剂，使之产生ISR抗病性。采用气相色谱法检测分析诱导材料的胞质ET浓度、ET合成关键酶ACO和ACS活性；利用RT-PCR技术检测分析诱导材料的ET信号通路响应基因、ET途径抗病基因、ISR抗病基因及防御蛋白基因NPR1的表达水平。通过项目实施探讨BDO诱导的ISR抗病反应中信号分子ET的合成能力，以及ET信号转导通路的中间物质、响应基因对ISR抗病基因表达的调控机制，从而完善草坪草ISR系统中的信号转导途径，为草坪生态和草坪草品质改良提供重要的理论支撑。

匍匐翦股颖是抗寒耐旱、抗病能力差、观赏性强的绿地草坪草之一。ISR抗病反应是一种重要的生物诱导系统性防御响应。本项目以匍匐翦股颖感病性品种PennA-4为供试材料，通过根部施入BDO这一新型抗病诱导剂，使之产生ISR抗病性。研究内容包括1）ISR抗病反应转录组相关信息；2）乙烯信号通路相关基因的表达水平；3）乙烯信号分子对匍匐翦股颖抗病性生理特性的调控；4）不同激素信号分子对匍匐翦股颖SOD及GSH-ASA循环系统的影响；5）BDO诱导的匍匐翦股颖胞质ET合成关键酶活性和ET浓度变化；6）乙烯对匍匐翦股颖ISR反应中ASA-GSH循环及胼胝质沉积的影响。结果表明，ET作为抗病性重要的信号分子，主要作用于植株早期侵染，从而引发ET信号转导通路，提高植株抗病性。利用高通量测序技术对匍匐翦股颖诱导ISR抗病反应过程中的转录组进行研究，揭示了匍匐翦股颖转录组的整体表达特征，在得到大量匍匐翦股颖转录组unigene 序列的同时获得了一批在ISR反应中的信号转导通路上重要的基因及其序列。12个与乙烯信号转导通路和抗病性相关的关键基因包括EIN, ERF, MYC2，NPR1-1，NPR1-2，NPR1-3，NPR1-4, NPR1-5, PR3-1, PR3-2, PR4-1和PR4-2。在匍匐翦股颖ISR抗病反应中，高浓度乙烯促进AsA和GSH的大量积累，它们不仅参与了活性氧的代谢平衡，同时也作为信号分子在ISR抗病反应中起着重要作用。不同浓度乙烯合成促进剂ACC和抑制剂CoCl2的喷施处理对BDO诱导的ISR抗病反应中PAL活性、CHI活性、4-CL活性产生促进作用，木质素、黄酮含量上升，但对总酚的含量影响不显著。此外，乙烯对匍匐翦股颖叶片组织中胼胝质的沉积具有一定程度的影响，主要沉积部位在厚壁细胞、韧皮部组织、木质部组织和表皮组织，其中厚壁细胞和木质部沉积较多，而表皮组织沉积较少，随着病害胁迫时间的延长，胼胝质沉积面积逐渐减少，在病菌侵染初期，低浓度乙烯使得胼胝质的沉积显著增加，增强了匍匐翦股颖幼苗的抗病性，侵染后期，胼胝质逐渐降解，沉积面积减少。本项目研究成果为草坪生态和草坪草品质改良提供重要的理论支撑。