甜樱桃PaMPK4、PaMPK5基因介导病毒病胁迫应答的功能解析及上游互作子的鉴定

Viruses disease is a major obstacle that restricts the development of the sweet cherry industry in China. Owing to the limitation in theoretical researches on plant defense responses to virus infection, the broad-spectrum disease resistance breeding of fruit crops developed slowly. Mitogen-activated protein kinase cascades (MAPK cascades) play important roles in pathogen-triggered signal transduction and defense responses in plants. However, no report was found on cherry MAPK cascades involving in regulation of the responses to abiotic or biotic stresses. In this study, the model host (Nicotiana benthamiana) infected by Prunus necrotic ringspot virus (PNRSV) is to be used to reveal the regulation of sweet cherry PaMPK4 and PaMPK5 genes in plant defenses by the approaches of genes ectopic expression. And the regulation roles of PaMPK4 and PaMPK5 are to be validated in fruit crops. Moreover, the upstream signal component that interacts with PaMPK4 and PaMPK5 will also be identified. This study will expand our understandings about the functional diversity of the MAPKs in plants and provide more theoretical directions to broad-spectrum disease resistance breeding in sweet cherry. It also proposed a new perspective in the study of fruit crops virus disease.

病毒病是限制我国甜樱桃产业发展的障碍性因素。果树中关于病毒病胁迫应答的理论研究相对匮乏，制约了广谱抗病毒性育种的开展。促分裂原活化蛋白激酶级联途径（Mitogen-activated protein kinase cascades，MAPK cascades）参与调控多种病原信号的传递及植物的生理响应。目前无甜樱桃MAPK级联途径调控作用的报道。本课题拟利用李属坏死环斑病毒（PNRSV）感染模式宿主（本生烟草）为研究模型，通过异位基因转化的方法，分析甜樱桃PaMPK4、PaMPK5对PNRSV触发的植物防卫反应的调控作用，并在果树宿主中进行验证。此外，筛选、鉴定出PaMPK4、PaMPK5的上游互作子。该研究是对植物MAPK cascades新的调控功能的探索，为果树广谱抗病性育种提供理论支持，也是从植物防卫反应的崭新角度探讨果树病毒病害。

促分裂原活化蛋白激酶级联途径（Mitogen-activated protein kinase cascades, MAPK cascades）是调控植物先天性免疫（Innate immunity）的重要信号转导事件。尽管模式植物中已完整揭示了MAPK cascades调控植物自身防御性的信号网络，但甜樱桃MAPK cascades的调控作用尚无报道。本课题在前期研究的基础上，利用李属坏死环斑病毒（PNRSV）感染宿主植物烟草为研究模型，通过异位基因表达的方法，系统分析了甜樱桃PaMPK3对PNRSV触发的植物防卫反应的调控作用。结果显示，过表达PaMPK3基因不能直接抑制PNRSV病毒粒子病毒粒子的增殖量及在烟草叶片中的传播，可能通过影响PAL介导的SA合成途径进而影响植物防卫反应相关基因的表达，使转基因烟草在PNRSV感染后产生了不同于野生型烟草的生理性反应。为了进一步探讨PaMPK3在果树植物防卫反应中的作用，采用农杆菌介导法将PaMPK3-HA过表达载体转化至樱桃砧木Gisela 6中，获得了2个转基因阳性株系，为后续的基因功能验证积累了研究材料。此外，在本课题资助下，分析了PcMPK3在介导植物对丁香假单胞菌致病变种触发的植物防卫反应的调控作用。结果显示，丁香假单胞菌番茄致病变种Pst DC3000能够显著诱导PcMPK3启动子驱动的GUS基因的表达，异位过表达PcMPK3基因增加了转基因烟草的接种叶与系统叶中对Pst DC3000的敏感性，影响了系统叶及接种叶中PAL介导的SA合成途径。该研究为进一步探明甜樱桃MAPK cascades在植物建立先天性免疫过程中的调控作用、为利用基因工程手段进行樱桃及其砧木抗病性改良提供了理论依据。