香水月季和长尖叶蔷薇MLO基因家族的功能分析与进化机制

Powdery mildew caused by Podosphera pannosa was the most common disease in cut rose production globally. It is also one of the main diseases of garden roses and pot roses. Yunnan is one of the distribution centers of wild Rosa in China, and it is also one of the main cut rose producing areas in the world. However, the unclear resistance mechanism of wild Rosa to powdery mildew and the lack of related resistant genes have been limiting the utilization of wild Rosa in the genetic improvement of modern rose cultivars. Mildew resistance locus o (MLO) genes are new type of disease resistance genes. In dicots such as arabidopsis, pea, and tomato, loss-of-function mutations in MLO genes confer high levels of broad-spectrum resistance in powdery mildew. Recently, the MLO family members from R.longicuspis and R.odorata have been isolated and their expression pattern have been analyzed by us. The results indicated that three MLO gene members of them likely play important roles in Rosa-powdery mildew pathogen interactions. Based on this, we are going to confirm their roles in Rosa-powdery mildew fungus interactions by VIGS and transgenic technologies. Meanwhile, we will systematically compare the structure and function of the MLO family gene in the Rosa and other species. We are looking forward to preliminarily revealed the evolution mechanism of the MLO family gene in plants and find the MLO members which play important roles in Rosa-powdery mildew pathogen interactions. These results will provide us data support for the functional evolution of disease resistance genes. Furthermore, they will provide us new ideas and gene pool for breeding new varieties of powdery mildew resistant rose.

由白粉菌引起的白粉病是全球切花月季生产的第一大病害，也是庭院月季和盆花月季的主要病害之一。云南是中国蔷薇属植物的分布中心，也是全球切花月季的主产区之一。但对蔷薇属野生种质资源的抗白粉病性状/基因缺乏研究，进而制约了其在现代月季遗传改良中的应用。MLO基因是一类新型的抗病基因，已有的研究表明，该类基因在一些双子叶植物中具有广谱高抗白粉菌的功能。目前，项目组完成了对香水月季和长尖叶蔷薇MLO家族成员的挖掘和表达分析，初步筛选出3个与抗白粉病相关的候选基因成员。本项目拟对筛选出的候选基因开展参与白粉病抗性的生物学功能分析；对蔷薇属和其他物种的MLO家族基因的结构和功能进行系统的比较分析。本项目以期初步解析该类基因的进化机制及筛选到参与月季—白粉菌互作的家族成员。这不仅可为抗病基因的功能演化提供数据支撑，而且可为月季白粉病抗病性品质改良提供新的思路和基因储备。

由白粉菌引起的白粉病是全球切花月季生产的第一大病害，也是庭院月季和盆花月季的主要病害之一。MLO基因是一类新型的抗病基因，已有的研究表明，该类基因在一些双子叶植物中具有广谱高抗白粉菌的功能。项目组围绕蔷薇属的两个可能参与月季-白粉菌互作的MLO基因家族成员，即RgMLO6 和RlMLO7基因，进行了VIGS和转基因功能验证；同时基于全基因组数据开展了蔷薇科该家族成员的鉴定和进化机制分析。研究结果表明，利用VIGS技术，初步证明了RgMLO6 和RlMLO7基因参与了植株与白粉菌的互作过程，其在互作过程中发挥着重要作用；进一步采用转基因进行功能验证，获得了过表达转基因月季株系，正义载体的导入使转基因植株白粉病抗性降低，进一步明确了候选基因在寄主-白粉菌互作过程中发挥负调控作用；筛选到来自蔷薇科六个物种共计117个MLO家族成员，这些成员被分为6个进化枝，具有最原始的抗白粉病功能的成员被聚到进化枝V中；其他成员因正选择作用而逐渐进化为参与花发育的调控、根形态的控制、种子的进化及其它的功能，从而形成了特定功能的进化枝。研究结果不仅可以为该家族基因的功能演化提供数据支撑，还可为月季抗病育种提供基因储备。项目的研究结果，不仅为MLO家族基因的功能演化提供了数据支撑，而且为月季抗病性品质改良提供新的基因储备。项目研究发表相关研究论文5篇，其中SCI收录2篇；申请抗白粉病月季新品种1个；培养一名硕士研究生；项目负责人获“云南省青年拔尖人才”和“云南省中青年学术和技术带头人”称号，获云南省第十届青年科技奖。