二穗短柄草对小麦条锈菌近非寄主抗性的分子机理研究

Wheat stripe rust is one of the major diseases in wheat production in China. The major effective R genes are used in most wheat cultivars for controlling wheat stripe rust. However, lacking of durability of R genes often results in a periodic disease pandemic that threatens country's food security. Exploration of molecular mechanism of non-host resistance and other durable disease resistance to wheat stripe rust will be in favor of broadening our ideas for breeding durable resistant cultivars. Use of the genetically related species Brachypodium distachyon to study the near non-host resistance to wheat stripe rust will allow us to more easily dissect the molecular mechanism of durable resistance. Based on our previously identified enhanced susceptibility to wheat stripe rust mutant line T1415, this project will determine if the candidate transcription factor gene BdZFHD1 having significant high expression level of the transcript in the mutant is caused by the T-DNA insertion, identify the binding sequences of BdZFHD1 and its target genes for understanding the defense mechanism to wheat stripe rust, study on the defense responses of the BdZFHD1 homologous protein and the homologous genes of BdZFHD1 target genes during wheat-wheat stripe rust interaction. This project will provide a theoretical basis for breading wheat cultivars that are more durable resistant to wheat stripe rust.

小麦条锈病是危害我国小麦生产的主要病害之一。目前我国培育的主栽小麦品种主要以抗条锈病的主效R基因控制条锈病的危害。由于R基因缺乏持久性，致使病害的周期性大流行，严重危及到我国的粮食安全。探索抗条锈病的非寄主抗性等具有持久抗病性的分子机理有利于拓宽抗条锈病育种的思路。以亲缘关系较近的二穗短柄草为材料研究其对小麦条锈菌的近非寄主抗性将加快解析小麦条锈病持久抗性的分子机制。本项目将在已经筛选到的感病性增强的二穗短柄草突变体T1415的基础上，确定T-DNA插入引起转录本表达量显著上升的转录因子基因BdZFHD1 是否参与对小麦条锈菌的近非寄主抗性反应；鉴定该转录因子的结合序列及调控的靶基因，阐明其抗小麦条锈病的防卫功能；初步揭示BdZFHD1在小麦中的同源蛋白以及BdZFHD1靶基因的同源基因在小麦条锈菌侵染小麦时的防卫反应机制，为培育持久抗条锈病的小麦品种提供理论依据。

小麦条锈病是危害我国小麦生产的主要病害之一。目前我国培育的主栽小麦品种主要以抗条锈病的主效R 基因控制条锈病的危害。由于R 基因缺乏持久性，致使病害的周期性大流行，严重危及到我国的粮食安全。探索抗条锈病的非寄主抗性等具有持久抗病性的分子机理有利于拓宽抗条锈病育种的思路。以亲缘关系较近的二穗短柄草为材料研究其对小麦条锈菌的近非寄主抗性将加快解析小麦条锈病持久抗性的分子机制。本项目在已经筛选到的感病性增强的二穗短柄草突变体T1415 的基础上，确定了T-DNA 插入引起转录本表达量显著上升的转录因子基因BdZFHD1 作为上游调控因子参与对小麦条锈菌的近非寄主抗性反应。同时，植株的生长发育各个时期均受到该转录因子影响，当其过量表达时植株叶片表现为螺旋卷曲并伴有整体植株矮小。通过转录组测序与酵母单杂交实验鉴定该转录因子的结合序列为启动子中两个以上重复的ATTA基序，而其调控的靶基因为一个起到泛素化连接酶作用的RING Finger蛋白。项目研究结果表明BdZFHD1抗小麦条锈病的防卫功能很可能就是通过上游调控RING Finger蛋白导致过氧化氢物累积改变从而改变抗病性状，同时也对形态发育造成影响。这一研究成果初步揭示BdZFHD1 在小麦中的同源蛋白以及BdZFHD1 靶基因的同源基因在小麦条锈菌侵染小麦时的防卫反应机制，为培育持久抗条锈病的小麦品种提供理论依据。同时，这一以二穗短柄草为模式植物来研究与其亲缘关系较近的禾本科粮食作物具有很强的科研价值与应用前景。