苹果MdWRKY40b转录因子调控白粉病抗性的分子机制

Powdery mildew is one of the important diseases of ‘Fuji’ apple ( Malus domestica Borkh. cv. Fuji) in Southwest of China. WRKY transcription factors are known to involve the regulation of the resistance to powdery mildew in Arabidopsis and barley，however, the role of WRKY regulating the resistance to apple powdery mildew is unknown. In our previous research, a WRKY transcription factor in ‘Fuji’ apple strongly induced by Podosphaera leucotricha infection and SA treatment, and negative regulation of the resistance to the powdery mildew was cloned. In the next research, we intend to disclose the mechanism of MdWRKY40b regulating the resistance to the powdery mildew by analysis of the promoter activity, RNA interference and complementary experiment in Arabidopsis. The target genes of MdWRKY40b will be screened and identified by Chromatin Immuno-precipitation(ChIP) and RNA seq. By the analysis of qRT-PCR and bioinformatics of the target genes, the biological pathways of the regulation by MdWRKY40b will be elucidated. Combination of the above experiments and analysis, the functions and mechanism of MdWRKY40b in the regulation resistance to the apple powdery mildew will be disclosed.

白粉病是西南地区富士苹果生产的主要病害之一。在拟南芥和大麦上研究表明WRKY转录因子调控白粉病的抗性，但苹果WRKY转录因子参与抗白粉病的调控机制目前还不清楚。我们前期从富士苹果中筛选到一个受白粉病菌和水杨酸强烈诱导WRKY转录因子MdWRKY40b，负调控苹果白粉病的抗性。以此为基础，本项目拟通过启动子活性分析、拟南芥基因互补实验和RNA干扰（RNAi）技术等，进一步研究MdWRKY40b转录因子的诱导表达因子和对白粉病抗性的调控功能。并通过染色质免疫共沉淀（CHIP）和转录组测序（RNA-Seq）技术，筛选和鉴定MdWRKY40b调控的靶基因，结合生物信息学分析和实时荧光定量PCR技术，阐明靶基因参与的生物学途径。综合以上研究，可以揭示MdWRKY40b调控白粉病抗性的功能及分子信号途径，为苹果分子抗病育种奠定基础。

白粉病是世界上最常见的病害之一，为害作物种类多、范围广，其也是苹果常见病害之一。本项目以苹果为试材，研究MdWRKY40b基因在调控苹果对白粉病抗性中的角色。通过对MdWRKY40b基因启动子分析和试验、在拟南芥突变体进行基因互补试验、利用RNAi技术研究苹果MdWRKY40b基因在抗抗白粉病中的功能，以及WRKY家族分析试验和转录组的分析等工作。研究结果显示：(1)白粉病对苹果为害表现为对细胞器、细胞膜和细胞组分的破坏，碳代谢、植物-病原体相互作用代谢、亚油酸代谢、油菜素类固醇生物合成等代谢有利于提高苹果对白粉病的抗性。(2)MdWRKY40b在苹果WRKY基因家族中具有易受SA和苹果白粉菌强烈诱导表达的特点，其直接原因是基因启动子区包含了4个SA响应元件，并且对SA特别敏感。(3)MdWRKY40b的表达可以导致AtPDF1.2, AtNPR1, AtPR1等SA信号通路相关基因下调表达，并可能导致SA受体减少，使得植物体内更容易富集SA，而SA又刺激MdWRKY40b的表达，我们推测其可能形成一个“白粉菌侵染- SA有限富集-MdWRKY40b诱导表达”的循环。（4）在苹果MdWRKY40b基因干涉试验中，我们也进一步印证了“SA富集-MdWRKY40b诱导表达”存在的可能，即 MdWRKY40b-RNAi转基因株系中PR1、PR4、PR5、EDS1基因以及几丁质酶（Chitinase）和β-1,3-葡聚糖酶（β-1,3-glucanase）基因表达量升高。本研究对于揭示SA与WRKY之间联系，以及它们共同参与白粉病抗性的调控提供一个新的视角，对进一步研究白粉病的防治和白粉病抗性育种提供了新的思路。