香蕉枯萎病菌依赖QDE2的microRNAs在致病过程中的作用

Fusarium wilt is one of the most destructive diseases of banana, which causes serious constraints for banana production worldwide. Based on our previous research, a QDE2-deleted mutant of its causal agent Fusarium oxysporum f. sp. cubense (FOC) was selected for its reduced virulence to host banana. In this study, small RNAs of FOC will be sequenced and among them, microRNAs (miRNAs) will be predicted through bioinformatics analyses and identified by Northern blot. Through comparison of the miRNAs produced by the wild-type strain and the QDE2-deleted mutant, the QDE2-dependent miRNAs will be selected. Furthermore, the expression patterns of miRNAs under in vitro and in vivo conditions will be determined, and those highly differentially expressed miRNAs during infection will be selected. The roles of these selected miRNAs in FOC pathogenesis will be studied through identification of their target genes from transcripts of the pathogen and its host, as well as their functional analyses. The study will help to elucidate the function of QDE2-dependent miRNAs in the pathogenesis of FOC and may provide useful molecular targets for the development of new pesticides to control FOC.

香蕉枯萎病是制约世界香蕉生产的毁灭性病害。项目组前期研究发现在香蕉枯萎病菌中敲除与microRNA（miRNA）生物合成密切相关的基因QDE2，病原菌致病力显著降低。为解析QDE2敲除突变体致病力降低的原因，本研究拟以纯培养条件下的香蕉枯萎病菌野生型菌株为对照，对接种寄主后野生型菌株以及纯培养条件下的QDE2敲除突变体进行小RNA高通量测序；应用生物信息学及分子生物学方法筛选和鉴定香蕉枯萎病菌中依赖QDE2且致病相关的miRNAs；并通过对目标miRNA进行过表达或抑制表达，检测目标miRNA对香蕉枯萎病菌致病力及表型的影响；在香蕉枯萎病菌自身及寄主香蕉上预测并鉴定目标miRNA的靶标基因，明确目标miRNA对其靶标基因的调控及在病原菌致病过程中的作用。本项目的实施可为探索香蕉枯萎病菌的致病调控机理开辟新领域，并最终为发展新的且有效的防治药剂提供分子靶标。

香蕉枯萎病是制约世界香蕉生产的毁灭性病害，其病原香蕉枯萎病菌中富含类似动植物中发现的miRNA，称为milRNA（miRNA like small RNA）。但有关该类milRNAs生物学功能的研究很有限。本研究以纯培养条件下的香蕉枯萎病4号生理小种XJZ2菌株为对照，通过对前期筛选的致病力显著降低ΔFoQDE2突变体和接种寄主36 h后的小RNA进行高通量测序，应用生物信息学分析方法、小RNA前体二级结构预测，qRT-PCR和Northern杂交检测在香蕉枯萎病菌中鉴定了3个依赖FoQDE2生物合成的milRNAs（milR87，milR109和milR133）。通过对这些milRNAs的敲除、过表达及其突变体的表型分析，鉴定了4个致病相关的milRNAs（milR87，milR106，milR109和milR133）。进而通过靶标基因在线预测及GFP标记的方法，在香蕉枯萎病菌中鉴定了milR87的靶标基因FoBGlcA，该基因编码一种含有GH79保守结构域的糖基水解酶，具有信号肽，负调控香蕉枯萎病菌的生长、产孢、对H2O2的耐受性以及对寄主香蕉的致病力。在本氏烟上异源表达该基因，可以显著激活烟草的抗性。说明在香蕉枯萎病菌致病过程中，通过大量表达milR87，抑制其靶基因表达，从而使病原菌生长和产孢明显增加，对过氧化氢的耐受力和寄主的致病力明显增强；同时，milR87还通过抑制糖基水解酶的表达，抑制由其分解植物细胞壁诱导的植物防卫反应，从而帮助病原菌顺利侵入寄主而致病。此外，我们在香蕉的基因组上还鉴定了一个milR87的靶标基因MaPTI6，分析表明该基因参与拟南芥对病原细菌的抗病性。本研究对milR87及其靶标基因的功能研究阐明了milR87在病原菌致病过程中的调控作用，丰富了香蕉枯萎病菌的致病机理；鉴定的致病关键milRNAs，为香蕉枯萎病的高效防控提供了确切的作用靶标；鉴定的靶标基因还为香蕉的抗病育种提供了基因材料。