利用GFP标记的大丽轮枝菌结合蛋白组测序揭示马铃薯抗黄萎病的分子机制

Potato is a kind of main crop in China now. Due to the high altitude and low temperature in summer, Inner Mongolia has became the main potato production region in China. However, for te long term of rotation between sunflower and potato, Potato Verticillium Wilt became a big problem now and threaten the potato industry in Inner Mongolia. In this study, we will unravel the resistant mechanism of potato against Verticillium Wilt on cellular and molecular level using GFP labeled pathogen combine with Protemics analysis on both resistant and suceptiable varieties. Our results will back up the resistant breeding of potato against Verticillium Wilt.

马铃薯的主粮化开发，是新形势下保障国家粮食安全、促进农民持续增收的一项重要的举措。内蒙古由于其高海拔和夏季冷凉的气候条件成为我国重要的马铃薯种薯、商品薯和加工专用薯的生产基地, 由于轮作倒茬的困难以及向日葵和马铃薯的常年轮作，使得马铃薯黄萎病的发生也逐渐的成为制约内蒙古马铃薯产业发展的瓶颈因素。本项目将以室内条件下筛选出的对马铃薯黄萎病呈现高抗和感病的品种为研究材料，利用GFP标记大丽轮枝菌在组织细胞学水平上简析马铃薯抗黄萎病的机制；同时，利用蛋白组测序比较接种不同时间点抗/感马铃薯品种中蛋白表达谱，筛选差异表达的蛋白，克隆相应的基因；利用VIGS介导基因沉默体系和农杆菌介导的遗传转化体系获得沉默和超表达目标基因植株。通过接种鉴定明确其在马铃薯抗黄萎病过程中的功能。这一研究结果对完善和丰富马铃薯抗黄萎病的分子调控网络以及马铃薯抗黄萎病病育种具有非常重要的意义。

马铃薯的主粮化开发是新形势下保障国家粮食安全、促进农民持续增收的一项重要的举措。内蒙古由于其高海拔和夏季冷凉的气候条件成为我国重要的马铃薯种薯、商品薯和加工专用薯的生产基地。然而，由于向日葵和马铃薯的常年轮作，使得马铃薯黄萎病的发生日益严重，已经成为制约内蒙古马铃薯产业发展的瓶颈因素。本研究首先在室内条件下筛选出对黄萎病菌呈现不同抗性水平的马铃薯品种，利用GFP标记的大丽轮枝菌在细胞学水平上系统研究了马铃薯黄萎病的侵染过程、种薯带菌以及病菌在抗/感马铃薯根系内定殖及扩展过程中的差异。同时，利用蛋白组测序比较接种不同时间点抗/感马铃薯品种中蛋白表达谱，筛选差异表达的蛋白，克隆相应的基因。最后，利用VIGS介导基因沉默体系在马铃薯和番茄中研究目标基因在马铃薯和番茄抗性建立过程中的功能。具体的研究结果如下：.1. 对34份马铃薯品种进行抗黄萎病鉴定，结果表明，‘中薯21号’被鉴定为高抗水平，11份品种鉴定为中抗水平，16份鉴定为中感水平的品种，6份品种鉴定为高感水平。.2. 建立了用于研究马铃薯黄萎病菌系统侵染的培养皿滤纸体系；以及通过农杆菌介导的遗传转化获得了用于系统侵染研究的带有GFP标记的大丽轮枝菌转化子VdSZW01-08。.3. 明确了马铃薯黄萎病的侵染过程，确定黄萎病菌可以通过种薯带菌进行传播。.4. 通过代谢组学分析，从抗感品种中筛选出16个候选基因，利用VIGS体系对PR1B基因的功能进行深入研究，并解析其机制，StPR1B基因沉默后，马铃薯植株的病情指较对照病情指数提高了29.5，植株茎基部的带菌率相比对照增加了2.78倍。在番茄中沉默StPR1B的同源基因SlPR1B基因后，沉默植株对大丽轮枝菌的抗性显著降低，主要表现为株高和株展上，相比对照分别降低了22.0 %和45.89 %。不论是马铃薯还是番茄，当PR1B沉默后，能够诱导NPR1表达水平；同时，SA信号通路的原件也被上调，说明SA介导StPR1B基因对马铃薯抗性的正向调控。