三七黑斑病抗性相关基因挖掘及其抗病机理研究

Panax notoginseng is a famous and precious traditional Chinese medicinal . The diseases are the main factors restricting the high quality and stable yield in notoginseng planting.The black spot disease (Alternaria Panax whetzel) is notoginsen planting in the main destruction of disease annually to the yield of notoginseng bring huge losses. Due to the lack of study on black spot disease resistance related genes, resulting in breeding of disease resistant varieties of notoginseng has not made progress. To carry out mining and black spot resistance related gene three seven molecular markers, is of great significance to guide the breeding of three seven. The project in based on the previous research work, in light of serious damage of, black spot disease, notoginseng resistance to black spot disease related genes and development of functional marker to tap as the goal, through the depth of RNA, miRNA transcriptome sequencing and protein group analysis, combined with the traits of disease characteristics, the establishment of Panax notoginseng resistance to black spot disease related genes and protein expression database, gene function and based on mining, functional verification and developing functional markers, for the disease resistance breeding of Panax notoginseng lay theoretical basis, to speed up the Panax notoginseng breeding new varieties resistant process. The research results have important academic research value and application prospect.

三七是我国传统名贵中药材大品种，病害是制约三七优质稳产的主要因素。三七黑斑病（Alternaria panax Whetzel）是三七生产中主要的毁灭性病害，每年给三七生产带来巨大损失。由于缺乏对黑斑病抗性相关基因的研究，导致三七抗黑斑病品种选育一直未取得进展。开展三七黑斑病抗性相关基因挖掘及分子标记，对指导三七抗病育种具有重要意义。本项目在前期研究工作的基础上，针对三七黑斑病危害严重的生产情况，以挖掘三七黑斑病抗性相关基因及开发功能标记为目标，通过深度RNA，miRNA转录组测序以及蛋白组分析，结合病害性状特征，建立三七黑斑病抗性相关功能基因及其蛋白表达数据库，并在此基础上进行功能基因挖掘、功能验证及开发功能标记，为三七抗病育种奠定理论基础，以加快三七抗病新品种选育进程。研究成果具有重要的学术研究价值和应用前景。

植物在充满挑战的环境中不断受到各种病原菌的威胁。三七作为我国传统的名贵中药材大品种，病害是制约三七优质稳产的主要因素。其中，三七黑斑病(Alternaria panax Whetzel) 是三七生产中主要的毁灭性病害，每年给三七生产带来巨大的损失。然而三七抗病免疫应答调控的分子机理还不清楚。三七叶部病害的防治主要依赖大量化学农药的施用，由此导致的农残超标无疑是国内外医药行业和社会关注的焦点。因此，深入挖掘三七免疫应答调控机理，通过生物学方法提高三七先天免疫和抗病能力是三七绿色农业可持续发展的有效策略。本研究通过利用转录组和蛋白质组学技术，分析了三七响应人参链格孢菌A.panax侵染的防御反应，从中找到木质素合成和褪黑素合成途径。病原菌感染导致三七转录组和蛋白质组发生显著变化。一共鉴定了136100个转录本和4468个蛋白质。转录组和蛋白质组图谱的整合揭示了许多候选转录本/蛋白质，这些转录本/蛋白质可能在三七防御反应激活期间参与木质素和褪黑素合成。其中，褪黑素合成途径中的关键基因PnCOMT1基因的表达水平和蛋白质丰度显著增加，并且内源褪黑素含量也显著增加，表明A.panax诱导了三七内源褪黑素的积累，从而激活了三七的防御反应。结合对三七病原菌侵染后的转录组和蛋白组分析，筛选到了三七褪黑素合成基因PnCOMT1并作为研究对象。通过功能验证发现PnCOMT1可能正调控病原菌胁迫下的应激反应和褪黑素的合成，可能成为今后研究三七植物抗病防御机制的潜在候选基因。还利用分子遗传学实验证实了褪黑素在启动植物气孔免疫方面具有新的功能，并为植物褪黑素信号转导途径提供了新的见解。而且，褪黑素作为信号分子，通过调控相关基因，增加内源褪黑素的生物合成，刺激植物先天免疫和皂苷的生物合成。这些结果说明褪黑素可用于三七的农业防治，并在三七绿色农业发展中的应用提供新的理论和实践依据。