甘蔗梢腐病病原菌的致病性分化及其种属特异（LS）染色体区的基因鉴定

Sugarcane pokkah boeng disease is one of the major sugarcane diseases, which resulted in the great loses of sugarcane yield in China. For controlling this disease, it is important to determine the pathogen and identify the pathogen-related genes that cause pokkah boeng disease. However, to date, there are no more reports on these researches. Therefore, based on pervious studies, including pathogenic collection, in vitro pure culture, pathogenic identification and genomic analysis, as well as resistant evaluation of sugarcane, our project will be focused on: 1) Investigating the space-time distribution of the pathogenic variations of pokkah boeng pathogen races in response to sugarcane production regions, host cultivars, pathogen ecotypes at the different growth and development stage using VCG analysis and molecular marker identification, and final establishing the pathogen library of sugarcane pokkah boeng disease; 2) Complementing, optimizing and confirming the sequenced genome, and locating the scaffords in specific chromosome using Optical mapping technology; 3) Discover the gene family and evolution of Fusarium moniliforme and to annotate the genomic structure, gene composition and metabolic in pathogen, especially lineage specific genomic region by comparative genomics analysis; 4) Annotating and identifying the pathogen-related genes and their expression in the lineage specific region of the pathogen by using transcriptome analysis on post-infection and preceding infection of the pathogen to sugarcane, coupled with system biology and real-time PCR. The outcome of this project will be to determine the pathogenesis of sugarcane pokkah boeng and its molecular interaction to sugarcane, to design target genes for efficient fungicide, and to evaluate the resistance of sugarcane cultivars for multi-lines cultivar layout in response to dominant physiological races or specialization types. It will take 4 years to complete this project, the outcome of this project will publish 2 SCI papers, to train 1 postdoctoral research associate, 1 Ph.D and 3 master candidates, and to apply 1 patents. Total of 580,000 RMB will be required to fund from NSFC.

在病原菌收集、分离、培养、鉴定、基因组测序以及甘蔗抗病性评价等研究基础上，完善不同地区、不同季节、不同寄主品种的甘蔗梢腐病的病原收集、分子鉴定、营养互补检测、遗传多样性分析以及致病力生物测定，建立甘蔗梢腐病病原资源库；利用全基因组酶切图谱技术对所测序的基因组进行补充、完善和验证，并定位到特定染色体上；通过比较基因组学解析引起甘蔗梢腐病病原菌的基因组结构和基因组成，特别是种属特异的染色体区；利用病原菌菌侵染甘蔗前后的转录组学分析，结合系统生物学和定量PCR结果，注释、鉴定和验证病原菌特异区的相关基因及其表达，阐明影响我国甘蔗梢腐病的病原菌种类分化及其关键基因，为深入研究甘蔗梢腐病病原菌的致病机理及其与甘蔗的分子互作和基因应答，设计环保高效杀菌剂的靶标基因以及甘蔗抗性品种的多系布局等提供理论依据。发表论文3篇、获得专利1项、培养博士1名、硕士3名。拟申请经费55万元。

甘蔗是我国最主要的糖料作物，面积占我国常年糖料面积的85％以上，产糖量占食糖总产量的90％以上。广西甘蔗糖产业发展迅速，为中国第一大蔗糖生产基地（占全国的65%以上），为世界第四大生产蔗区。甘蔗梢腐病(pokkah boeng disease)是一种世界性的真菌性病害，1896年Walker and Went（1896）最早对这种病害进行描述，但未确定病原。最近几年其发生几乎遍及所有的甘蔗生产国家和地区，在我国已上升为主要病害。因此，甘蔗梢腐病将成为未来很长一段时间甘蔗的最主要病害之一，也是甘蔗抗病育种和多系品种布局的重点。.本课题组早在2004年，结合研究生培养，在国家“863”课题的资助下就开始了甘蔗梢腐病病原的分离、培养和鉴定，甘蔗抗梢腐病种质评价和抗病遗传的初步研究；从2011年开始，在广西特聘专家项目经费的支持下，从中国广西、云南、福建、广东等省（区）的甘蔗主产区采集梢腐病样品进行病原菌的分离、纯化、培养与鉴定，初步阐明引发我国甘蔗梢腐病的病原为镰刀菌 （Fusarium fujikuroi）有两个种（gx1 和gx2），其中gx1为优势病菌，是梢腐病的主要病原，占鉴定的所收集的梢腐病病原的85%以上，率先完成相关菌的鉴定技术，并研发一种结合TaqMan-qPCR的鉴定检测方法。在上述初步研究的基础上，课题组对甘蔗梢腐病镰刀菌优势小种（CNO-1）进行全基因组测序工作，已完成基因组测序工作，全基因组大小44.59Mb，脉冲场电泳分析预计染色体数为12条。在此研究基础上，利用PacBio三代测序技术对所测序的基因组进行补充、完善和验证，并组装到相应的染色体上；通过与已经公开发表的四个镰刀菌的基因组（致病和非致病镰刀菌基因组）的比较基因组学分析，解析引起甘蔗梢腐病镰刀菌的基因组结构和基因组成，利用病原菌菌的转录组学分析结果，解析并鉴定和验证病原菌的致病基因；利用甘蔗梢腐病镰刀菌基因组的特异基因序列，设计特异引物对不同地区、不同季节收集的甘蔗梢腐病样品进行分离和鉴定，探究病原菌的地理分布规律、多样性以及病原菌致病性的分化，为深入研究致病菌的致病机理及其与寄主的分子互作和基因应答，设计病菌不易产生抗药性的环保高效杀菌剂的靶标基因等提供理论支持。通过本研究，发表科技论文13篇，其中SCI论文8篇；授权发明专利2项；培养博士后2名、博士1名、硕士3名。