抗性马尾松松脂对松材线虫病的防卫应答

Pine wilt disease induced by pine wood nematode (Bursaphelenchus xylophilus) is a kind of catastrophic forest diseases. It would endanger forest ecological security, and cause huge economic losses. Masson pine (Pinus massoniana) is the most widely distributed native pine species and suffer the most serious damage from pine wood nematodes in China. Resistant trees exist among masson pine population. Use of resistant trees instead of susceptible trees is the most economic and effective way to control pine wood nematodes. However, the resistant mechanism remains poorly understood. This project would reveal the reponse of yield and chemical components of oleoresin as the first line of defense to pine wood nematodes, using selected high-resistant and susceptible clones of masson pine. On this basis, different change of signaling molecules ROS, NO, Ca2+ and endogenous hormones for plant defense, would be detected between resistant and susceptible trees after inoculating pine wood nematodes by chromatography and fluorescent probe. The key signaling molecules would be analysis. Meanwhile, the relationship would be revealed between oleoresin metabolism and key signaling molecules. Furthermore, dynamics of oleorein and key signaling molecules after inoculating pine wood nematodes would be verified at the level of genes using high throughput sequencing. The aims of this project are revealing the function of oleoresin and main signal transduction pathway in the process of resistance to pine wood nematodes. Those are the basic of resistance breeding to pine wilt disease for realizing early identification and selection of resistant trees.

由松材线虫引起的松树萎蔫病是一种毁灭性的森林病害，严重危害着森林生态安全，并给林业带来巨大的经济损失。马尾松是我国南方主要的乡土针叶树种，为松材线虫主要危害对象之一。马尾松中存在抗病基因型，利用抗病品种替代易感品种是防治森林病害最经济、有效的途径。但目前对抗性机制不清楚。本项目拟利用已选出的高抗和易感松材线虫病马尾松无性系，研究松脂作为抵御病虫害的第一道防线，其产量和松脂化学组分对松材线虫的应答。在此基础上,通过色谱和荧光探针标记技术检测接种松材线虫后防卫信号分子ROS、NO、Ca2+和内源激素在抗病与感病植株间的变化差异，确定抗性植株与松材线虫互作中的主要调控信号分子，并明确其是否与松脂代谢关系密切。另外拟运用高通量测序技术从转录组水平验证松脂及主要信号分子相关基因在防卫反应中的动态变化，以解析松脂在马尾松抗松材线虫病中是否起主效作用，为实现马尾松抗病植株的早期鉴定和选择提供理论基础。

由松材线虫引起的松树萎蔫病是一种毁灭性的森林病害，我国主要针叶造林树种马尾松为其主要危害对象之一，利用抗病品种替代易感品种是防治森林病害最经济、有效的途径。本项目揭示了松脂产量和松脂化学组分对松材线虫的应答及信号分子和内源激素在此过程中所起的作用。研究认为松脂产量高的马尾松主要通过物理阻碍作用阻止松材线虫入侵；而松脂组分中柠檬烯、β-蒎烯也不利于松材线虫扩散和繁殖，主要起化学毒害作用；故松脂产量高、柠檬烯和β-蒎烯含量高的马尾松通常抗性较强。在受松材线虫侵染初始，高抗和易感马尾松体内H2O2、O2•-、Ca2+均会迅速升高，为对照的1.22～2.78倍，作为信号分子诱导防卫反应，之后高抗马尾松能有效控制它们在体内的含量，在接种后30天基本可恢复到正常生理代谢水平，但易感马尾松不能有效控制它们的含量继续升高，最终导致多余的活性氧和Ca2+对植株产生毒害。同样，高抗马尾松NO含量在体内的变化基本不明显，但易感马尾松体内积累了过多的NO，不利于植株的正常代谢。在这个过程中，诱导抗性的水杨酸和茉莉酸含量先大幅度提高，且高抗马尾松体内的水杨酸和茉莉酸含量显著高于易感马尾松，之后高抗马尾松水杨酸和茉莉酸含量下降，逐渐恢复到正常代谢水平；而易感马尾松水杨酸和茉莉酸两种激素含量始终保持较高水平，直到植株死亡。结合转录组测序结果，认为9个萜类合成基因和4个活性氧相关基因与抗性相关。其中合成松脂萜类的基因中（-）-β-蒎烯合酶、（+）-α-蒎烯合酶、（-）-柠檬烯合酶的基因对抗松材线虫病具有正调节作用，而编码倍半萜合酶中的长叶烯合酶和δ-芹子烯合酶的基因对抗松材线虫病具有负调节作用。另外，活性氧清除酶在阻止抗性马尾松死亡中起重要作用。该结果为解析马尾松抗松材线虫病机理和实现马尾松抗病植株的早期鉴定和选择提供理论基础。