GbEIN2与GbERF1在棉花与黄萎病菌互作中的功能鉴定

乙烯是植物重要的抗病反应信号分子，在植物与病原菌互作中具有重要作用。研究发现棉花接种黄萎病菌后，棉株内的脱落酸和乙烯等植物激素会大量合成，但它们在棉花抗病反应中的作用还不清楚。通过棉花抗病的基因表达谱分析，分离了两个与拟南芥乙烯信号转导重要因子EIN2和ERF1具有高度同源的基因。初步表达分析表明，它们在海岛棉根部受黄萎病菌、乙烯、水杨酸、黄萎病菌毒素等因素诱导表达，因此它们参与了棉花与黄萎病菌的互作过程。为了鉴定这两个基因在棉花抗黄萎萎病反应中的功能，构建了候选基因的超量表达载体、RNAi抑制表达载体分别转化拟南芥、拟南芥突变体和棉花。通过鉴定转基因系在接种病原后的生理性状变化、相关的基因表达变化、抗病性变化和对外源乙烯的反应等来研究候选基因的功能，并对乙烯在棉花与黄萎病菌互作中的作用进行分析。

分别构建了棉花受黄萎病菌诱导的抑制差减文库和基于RNA-seq的基因表达谱研究，表达分析验证了乙烯信号路径参与了棉花与黄萎病菌的互作过程。利用体外增施乙烯发现乙烯在棉花与黄萎病菌互作中具有复杂的功能。接种前低剂量处理能增强棉花抗黄萎病性，而接种后处理以及高剂量处理均能导致棉花感病性增强。分子鉴定和组织化学分析结果表明，抗病的海岛棉材料在接种黄萎病菌后维管结构的木质素合成增强，而感病的材料木质素合成受到抑制，这可能是形成两者在组织抗性差异明显的重要原因。已有报首证实乙烯可以调控木质素合成参与植物组织结构抗性，我们在棉花与黄萎病菌互作中的研究结果与此相一致。分离获得了一批受黄萎病菌诱导和乙烯诱导的棉花功能基因，并对其中的GbWRKY1、GbERF1以及GbEIN2等调控棉花乙烯响应与抗病反应的重要因子进行了功能鉴定。研究发现GbWRKY1能有效增强植物对低磷胁迫的耐性，并参与了植物抗病信号因子的调控。GbERF1在植物中超量表达后均能提高植物对黄萎病菌和灰雾菌的抗性，而在棉花中沉默该基因后棉花的感病性增强，表明GbERF1正调控植物抗黄萎病反应。对乙烯在棉花与黄萎病菌中的功能及精确调控仍有待进一步研究。