柱花草对炭疽病菌应答的相关基因分离和功能分析

Stylo (Stylosanthes guianensis) is an important legume forage in tropical and subtropical areas in the world. It has been cultivated in a large area in Southern China. Anthracnose (Colletotrichum gloeosporiodes) is of the most serious disease of stylo which causes yield loss as well as forage seed quality decline. Less investigation on this disease has been reported. No resistant gene has been identificated. With the rapid progress of RNA sequencing, the genes differential expression analysis has become an important method to study the host genes induced by plant pathogen. The cultivar cv. 907 was selected from cv. Reyan 2 which has been radioactive-treated. Similar genetic background makes them ideal for investigation in host response to anthracnose fungus. In this project, digital gene differential expression profiling of Stylo will be performed by RNA-seq using RNA isolated from various time-points after inoculation. Integrated analyses of these differential genes by comparison with signal transduction pathways of disease resistance in model plants will provide insides to understand the molecular mechanisms of Stylo responding to anthracnose disease and identify the resistance genes for the Stylo breeding.

柱花草是世界热带和亚热带地区重要的豆科牧草，现已在我国华南地区大面积推广种植。柱花草炭疽病是柱花草最严重的病害，可导致牧草干重、品质和种子产量明显下降，然而目前在抗病基因和抗病分子机制方面的研究未取得良好进展。随着第二代高通量基因组测序技术的快速进步，研究植物对病原微生物应答的表达谱变化已成为了解寄主植物抗性或防卫基因应答表达的重要手段。柱花草炭疽病的高抗品种907是由感病品种热研2号柱花草经辐射突变选育而成，两个品种遗传背景非常接近，是研究炭疽病抗病分子机理的理想材料。本项目拟用胶孢炭疽菌分别接种907柱花草和热研2号柱花草，利用第二代高通量测序技术获取两个品种接种前后不同时间点样品的数字表达谱，分析柱花草对炭疽病的抗病或防卫基因应答的差异，结合模式植物已知抗病信号转导途径相关基因及其关系，了解柱花草对抗炭疽病菌应答基因的表达模式，以期为柱花草抗炭疽病分子机理研究和育种应用提供理论依据。

柱花草炭疽病是危害柱花草生长的最严重的病害。本项目利用第二代高通量测序技术研究热研2号柱花草接种胶胞炭疽菌前后不同时间点转录组数据，建立柱花草抗炭疽病基因表达谱分析的技术体系，分析柱花草对炭疽病的防卫应答的机制。. 通过本研究，摸清了炭疽菌侵染柱花草叶片的细胞学过程，接种炭疽菌孢子悬浮液96小时后完成一个侵染周期。分离获得一种新的柱花草炭疽菌（喀斯特炭疽菌）。明确了柱花草抗炭疽菌的一个重要生理机制是调节抗氧化酶系统的活性和浮动单宁、总酚、 花色苷、花青素、黄酮类等次生代谢产物的变化来响应炭疽菌侵染。获得了不同侵染阶段的转录组数据，炭疽菌处理后24 h、48 h、60 h和96 h的上调表达基因数分别为1764、2144、3831和2455个，下调基因数分别为4346、4653、6596和5748，这些差异表达基因大多涉及到植物的防御反应。克隆了9个与柱花草防御反应密切关联的全长基因。建立了农杆菌介导的柱花草遗传转化体系，并将苯丙氨酸代谢途径的转录组数据进行深度分析，将该途径中的关键基因苯丙氨酸解氨酶基因PAL1、2、3(2148 bp、2076 bp、2136 bp)转化柱花草，获得了转基因柱花草植株，认为PAL与柱花草对炭疽病的互作机制密切相关。. 本项目发表论文5篇，其中SCI论文2篇。培养了4名研究生。在海南大学热带生物资源可持续利用国家重点实验室培育基地建立了热带牧草生物学研究团队。.