天冬氨酸蛋白酶基因TiAP1抗小麦白粉病的机理研究

Wheat powdery mildew is a major worldwide disease which caused yield loss of wheat seriously. Powdery mildew races are complicated and changeable, leading to the resistance loss of the original genes. It is urgent to excavate and utilize the new powdery mildew resistance genes. The wheat related species are the good donor of powdery mildew resistance genes. Early studies have shown that aspartic acid protease gene TiAP1 from Th. intermedium showed good resistance to powdery mildew, but the mechanism of resistance to powdery mildew is not clear. The purpose of this study is through site-specific mutagenesis, enzymatic and cytological immunofluorescence analysis, effector analysis, wheat transformation, and transcriptome analysis to investigate its xylanase inhibitor activity, whether it has the function of preventing the damage of powdery mildew to cell wall of wheat leaf. It will investigate the affection of the antibacterial activity by different site mutation of TiAP1. It will reveal the spatiotemporal expression characteristics and antimicrobial molecular mechanism of TiAP1. This study will lay the foundation for the application of TiAP1 gene in wheat resistance improvement, provide new genes for breeding more durable and broad-spectrum stable disease resistance through molecular breeding, has important theoretical and practical value.

小麦白粉病是严重导致小麦产量损失的一个主要世界性病害。而且白粉病菌生理小种复杂多变，导致许多原有的抗性基因丧失抗性，迫切需要不断挖掘和利用新的抗白粉病基因。小麦近缘物种是小麦白粉病抗性基因的良好供体。项目组前期克隆的中间偃麦草来源的天冬氨酸蛋白酶基因TiAP1具有良好抗小麦白粉病特性，然而其抗白粉病机理不清楚。本研究的目的在于通过定点突变、酶学以及细胞学免疫荧光分析、激发子分析、小麦转化以及转录组学分析等，研究TiAP1蛋白是否具有木聚糖酶抑制剂的活性，是否通过阻止白粉病菌对小麦叶片细胞壁的破坏来达到抗病的目的；探讨TiAP1不同位点突变对其抗菌活性的影响；揭示TiAP1的时空表达特点以及抗菌的分子调控机制。本研究将为TiAP1基因在小麦抗病改良中的应用打下基础，为通过分子育种培育更加持久而又广谱稳定的抗病品种提供新基因，具有重要的理论和实践意义。

小麦野生近缘植物具有优良的抗病特性，是改良普通小麦的宝贵遗传资源，充分挖掘和鉴定小麦近缘植物中的优异抗病基因，对于小麦改良具有重要意义。本研究在前期挖掘到来自中间偃麦草的优异抗白粉病基因TiAP1 并进行了病毒诱导的基因沉默分析的基础上，对其抗小麦白粉病的分子机制进行了深入研究。首先通过蛋白质序列分析、定点突变、蛋白质表达和酶学分析，了解了TiAP1蛋白对白粉病菌木聚糖酶的抑制作用；进而通过TiAP1基因启动子克隆及抗病元件分析、转基因过表达TiAP1基因的小麦抗病性及转录组学分析、通过激光共聚焦显微技术进行TiAP1蛋白亚细胞定位以及在白粉病菌侵染过程中的细胞学分析，揭示了其抗病功能；通过酵母表达文库筛选、蛋白质互作分析、白粉病菌效应子几丁质脱乙酰基酶BgtCDA1功能分析等研究，揭示了TiAP1通过与白粉病菌BgtCDA1蛋白互作从而激发了小麦几丁质诱导的免疫作用。TiAP1与其他蛋白的互作机制、TiAP1基因启动子的功能等研究正在进行。综合上述结果，本研究为阐明中间偃麦草来源的TiAP1基因抗白粉病的分子机制奠定了坚实的工作基础，同时对于研究小麦与病原真菌的互作提供了重要的启示性线索。项目资助发表SCI论文6篇，获得授权国家发明专利3项，培养博士研究生2名，硕士研究生4名，在读硕士研究生2名。完成了既定的研究目标。