海岛棉枯萎病抗性关键基因功能评价及抗病分子机制研究

Fusarium wilt of Sea Island cotton (G. Barbadense) is important factor determining the cotton production. The report of research for cloning and molecular mechanism for Sea Island cotton resistance to fusarium wilt is very few. In the present study, using secondary sequencing technology, an F2:7 recombinant inbred line (RIL) population derived from the 06-146/xinhai14 cross and two parent, candidate genes related with anti-disease, including protein gene relate to course of disease, detoxification function gene and transcription factor, were isolated. Gene expression characteristics will be revealed by real-time PCR (RT-PCR) and quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) technology and will be validated using virus induced gene silencing (VIGS) technology. After isolating gene for fusarium wilt, the place of expression of these key genes in cell will be mapped. This Study will provide useful information about the molecular mechanism of fusarium wilt and be used for improvement of resistance capacity of fusarium wilt of cotton in Sea Island cotton (G. Barbadense) programs.

棉花枯萎病是海岛棉主要病害，近年来由于连年种植，枯萎病的发生已严重影响海岛棉生产。有关海岛棉枯萎病抗性基因的克隆及抗病分子机制的研究少有报道。本项目以构建的海岛棉重组自交系及其亲本为材料，利用第二代测序技术所得抗病表达谱分析结果，初步筛选到多个与抗病有关的候选基因，包括病程相关蛋白基因、具有解毒功能基因及相关转录因子。通过RT-PCR、qRT-PCR克隆所选基因，揭示在枯萎病菌侵染下各基因表达特性。利用VIGS技术验证与抗病性密切相关的基因功能及各基因在抗病性中的作用，筛选出海岛棉枯萎病抗性关键基因，开展亚细胞克隆确定基因在细胞中的表达部位。利用收集到的海岛棉资源中高抗枯萎病、感枯萎病材料对抗病关键基因在不同材料中的表达特性及不同材料中基因多样性进行评述，确定海岛棉枯萎病抗性关键基因的作用模式。本项目的实施将为揭示海岛棉抗病分子机制、利用分子育种方法改良抗病性提供理论和应用研究基础。

本项目以构建的海岛棉重组自交系及其亲本为材料，利用第二代测序技术所得抗病转录组和表达谱分析结果，初步筛选到与类黄酮代谢通路、LEA蛋白、PR10蛋白、MAPK转录因子等与抗病有关的候选基因，通过转录组测序、RT-PCR、qRT-PCR以及VIGS技术分析，揭示在枯萎病菌侵染下各基因抗病功能。本项目的实施得到以下结果：.1. 类黄酮代谢通路中相关的基因分析得出：GbCHI、GbDFR、GbTT7等基因与海岛棉抗病性关系密切，其中GbCHI、GbCHS、GbDFR在海岛棉抗枯萎病过程中起到更为重要的作用。.2.分别对海岛棉GbPR10、GbMPK16、GbLEA3等基因沉默。结果表明枯萎病接菌的病情指数大小为GbPR10：26.25>GbMPK16：22.81>GbLEA3：17.18>对照，说明在海岛棉抗枯萎病作用中PR基因的作用更为明显。且GbPR10和GbLEA3受SA诱导表达。.3.转录组分析得出，抗感材料组间、接菌前后lncRNA表达均存在差异，但DE lncRNA的数量与材料抗性并不一致；感病组接菌后下调lncRNA数量明显大于上调。因此lncRNA在海岛棉抗枯萎病中可能起关键作用。.本研究成果将推动海岛棉抗病育种的研究进展，同时为棉花抗病雨中提供理论指导，为今后推广海岛棉抗病品中奠定基础。有关基因的研究，特别是lncRNA的在海岛棉中的研究，都会为海岛棉的基因组研究带来新的进展。