硫代葡萄糖苷在芸薹属根肿菌侵染过程中的作用研究

Glucosinolates, a group of secondary plant products in the family of Brassicaceae, have been associated with clubroot disease symptoms, which caused by the obligate biotrophic protist Plasmodiophora brassicae. Because of the complicated composition of glucosinolates, the exactly role was still undefined in clubroot disease development. Based on the previous study including identification of clubroot disease resistance in brassicaceae and chacterization of the glucosinolates content in seed, Matthiola incana L. (resistant) and Brassica napus L. (susceptible) were choosed for further study in this research. First of all, the difference of infection process between Matthiola incana L. and Brassica napus L. were determinted by adoption of solution culture technique. Together with the detection of the content and composition of glucosinolates at different time after P. brassicae inoculation, the specific role of glucosinolates would be determined during the response of Brassica napus L. to P. brassicae. Furthermore, available component of glucosinolates can be explored for clubroot disease prevention. Glucosinolates -biosynthesis-related genes in Brassica napus L. were silenced by Agrobacterium-mediated virus-induced gene silencing (VIGS) technology. Through identification of clubroot disease resistance and detection of glucosinolates content, the exactly role of glucosinolates will be further confirmed. Completion of the project can not only enrich and development knowledge about the clubroot disease, but also provide theoretical basis and related genes for the use of genetic engineering methods to cultivate resistant varieties.

硫代葡萄糖苷（硫苷）作为十字花科植物共有的一类重要的次生代谢产物，被认为与十字花科根肿病的发生有着密切联系。由于硫苷成分复杂，而且根肿病发病周期长，目前关于硫苷在根肿病发病过程中的具体作用并不明确。在前期通过对十字花科植物进行抗病鉴定以及种子中硫苷含量测定的研究基础上，挑选油菜（感病）和紫罗兰（抗病）作为本项目的研究材料，比较根肿菌侵染过程的差异以及侵染后硫苷含量变化，采用水培法研究不同硫苷组分或组合对根肿菌休眠孢子萌发和侵染的影响，明确硫苷在根肿菌侵染过程中的作用，筛选针对根肿病防治有效的硫苷组分或组合。运用病毒介导基因瞬时沉默技术（VIGS）对油菜硫苷合成关键基因进行沉默，通过对转化植株进行抗病鉴定以及硫苷含量测定，进一步明确硫苷在油菜根肿病发病过程中的作用。本项目的完成不仅丰富和发展油菜根肿病的基础研究，为根肿病抗病育种提供基因资源，同时也为油菜根肿病的化学防治提供新思路。

硫代葡萄糖苷（硫苷）作为十字花科植物共有的一类重要的次生代谢产物，被认为与十字花科根肿病的发生有着密切联系。由于硫苷成分复杂，而且根肿病发病周期长，目前关于硫苷在根肿病发病过程中的具体作用并不明确。在前期通过对十字花科植物进行抗病鉴定以及种子中硫苷含量测定的研究基础上，挑选油菜（感病）和紫罗兰（抗病）作为本项目的研究材料，首先观察根肿菌侵染油菜和紫罗兰的过程，明确了油菜与紫罗兰受根肿菌侵染后不同阶段差异，根肿菌在侵染后的油菜中能观察到完整的生活史。然后检测了油菜与紫罗兰接种根肿病菌后不同时间根部硫苷总量及其分量变化，结果发现感病植物中芳香族，脂肪族以及吲哚族硫苷的合成均受到根肿菌侵染的诱导，但抗病植物中只有芳香族硫苷含量显著提高。虽然抗病植物中硫苷总量低于感病植物，但是几乎所有的硫苷组分都对根肿菌的侵染反应有相应。因此与总量相比，不同的硫苷组分对根肿菌的抗感反应的作用更大。在随后的孢子萌发试验中，我们发现大部分脂肪族和吲哚族硫苷组分能显著诱导休眠孢子萌发。通过检测油菜受根肿菌侵染后体内激素含量，其中发现茉莉酸含量在接种14-28后显著增加。而在外源茉莉酸处理过的油菜和紫罗兰根部检测硫苷含量，也现油菜根中脂肪族和芳香族硫苷的含量在茉莉酸处理后显著增加，同时紫罗兰中部分脂肪族硫苷的含量也有不同程度增加，暗示茉莉酸可能通过影响硫苷代谢参与根肿病皮层侵染期的调控。通过对油菜中鉴定到的三个MYB28基因进行分析，我们发现MYB28.1 的表达在根肿菌侵染后的皮层阶段显著升高，同时MYB28.1 受到外源茉莉酸的诱导表达。我们推测JA通过油菜MYB28.1基因调控脂肪族代谢的合成参与根肿菌的侵染发应。最后通过对25个硫苷代谢相关基因的拟南芥突变体进行抗病鉴定，共鉴定出4个突变体对根肿病的抗性增强。本项目的完成不仅丰富和发展油菜根肿病的基础研究，为根肿病抗病育种提供基因资源，同时也为油菜根肿病的化学防治提供新思路。