白桦BpEIL1基因调控抗叶枯病分子机制的研究

Forest is an important renewable resource. Woody plants usually have long growth cycle during which plants may become sickly. It will seriously influence the forestry production without any effective measures. Pesticides pollute the environment and also expensive. Therefore, cultivation of disease resistant varieties is important for forestry production. EIN3/EILs is an transcription factor of ethylene pathway，which is also a conjunction of ethylene and other plant hormones. We found a mutant that resistant to Alternaria alternate(Fr.) Keissler with a low expression of BpEIL1 named lmd. Here, we will study on expression pattern and function of BpEIL1 under pathogen infection through transgenic technology, confirm the function of BpEIL1 on birch resistance to pathogen, construct a network of genes regulated by BpEIL1 and find genes associated with disease resistance. These findings will benefit for resistance breeding of birch and other woody plants.

林木是重要的可再生资源，由于其生长周期长，且在整个生长期内都可能发生各种病虫害，如果没有有效的防治措施将严重影响林业生产。传统的喷施药物成本较高，且会对环境造成很大的污染，因而培育优良的抗病品种成为当前林木遗传育种的重要课题。EIN3/EILs是乙烯信号转导途径的重要转录因子，也是乙烯信号与其他激素信号相互作用的重要节点。本团队在前期研究中发现BpEIL1缺陷的白桦突变株lmd对Alternaria alternate(Fr.) Keissler（致白桦叶枯病）具有显著的抗性。本项目将在此基础上，通过转基因技术研究白桦BpEIL1基因在病原菌侵染下的表达特性及功能，确定BpEIL1基因在白桦抗病性形成中的重要作用，构建BpEIL1调控基因网络，挖掘与白桦抗病相关的下游基因，揭示BpEIL1基因调控白桦抗叶枯病的分子机制，为白桦及其他木本植物的抗病育种提供参考。

林木生命周期长，病害种类繁多，在不同的生长期都可能遭受到病原菌的侵害，造成严重经济损失，因此林木抗病育种成为重要的研究课题。EIN3/EILs是乙烯信号转导的重要转录因子，是多种植物激素相互作用的节点，还参与植物生长发育和抗逆响应等生命过程，但EIN3/EILs家族基因在木本植物中的功能研究还比较少。本研究构建了白桦BpEIL1启动子::GUS融合表达载体、BpEIL1基因超表达和抑制表达载体，并通过遗传转化获得转基因株系，分析了BpEIL1基因的表达特性，检测了不同株系对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）和链格孢霉（Alternaria alternata）的抗性。结果表明BpEIL1基因主要在叶片中表达，响应水杨酸、茉莉酸甲酯和乙烯等多种激素诱导，BpEIL1抑制表达株系抗病性增强，说明BpEIL1对白桦抗病性具有负调控作用。通过RNA-seq技术对抑制表达株系基因表达谱进行分析，挖掘与白桦抗病相关的下游基因，结果表明，免疫及抗病相关代谢途径的基因表达量发生显著变化，TGA1、WRKY33、WRKY40、几丁质酶、FLS2、RbohA/D等基因可能在抑制表达株系表型形成中发挥重要作用。本项目研究了BpEIL1基因的功能，揭示了BpEIL1基因调控白桦抗病性的分子基础，为白桦的抗病育种提供参考。