水稻干尖线虫FAR蛋白家族基因功能和互作关系的真菌介导单基因RNAi和多基因共RNAi研究

The rice white tip nematode (RWTN), Aphelenchoides besseyi Christie, 1942, is one of the most damage plant-parasitic nematodes in rice and listed in the top 10 plant parasitic nematodes. Fatty acid- and retinoid-binding (FAR) proteins are nematode-specific proteins, FAR protein genes (far) as a promising target for controlling parasitic nematodes will not produce security problem to the environment and other organisms. Therefore, the far genes have great research and application value. So far, there are only two types of far gene and the study of polygene co-RNAi is also very deficient in the plant nematodes. Eight far sequences designated Ab-far-1 to Ab-far-8 were identified and cloned in A. besseyi and the expression patterns and tissue localisation of the eight far genes were determined. A new method of Botrytis cinerea-mediated far RNAi was established in our previous study. In this project, we would further study and establish a method and system of B. cinerea-mediated polygene co-RNAi, and then study the function and interaction of these eight far genes through the way and method of monogene silencing and polygene co-silencing based on our previous study. The research result would help to reveal the function and interaction of far genes in development and pathogenicity of nematode and the most important far gene in A. besseyi, and provide scientific basis for establishing a new method to control plant parasitic nematodes using far as target and a new technique of polygene co-RNAi for fungivorous plant-parasitic nematodes. It would also provide theoretical basis for further study the functional genes in the plant parasitic nematodes with polygene co-RNAi.

水稻干尖线虫(Ab)是对水稻为害最大的植物线虫之一，被视为全球十大植物寄生线虫。脂肪酸结合维生素A蛋白(FAR)是线虫特有蛋白，将FAR基因(far)作为防治线虫的靶标不会产生环境和生物安全问题，因此far具有极大的研究和应用价值。目前，植物线虫仅发现2种类型far，多基因共RNAi研究也非常欠缺。我们在前期研究中鉴定克隆了Ab的8个far基因，研究明确了其表达模式和组织定位，建立了灰葡萄菌介导的farRNAi方法。本项目拟在前期工作基础上，进一步研究建立灰葡萄菌介导的多基因共RNAi体系，并通过单基因沉默和多基因共沉默途径，研究这8个far的功能及其互作关系，揭示far在Ab发育和寄生致病过程中的作用机制和关键far，为研究建立以far为靶标的植物线虫防治新方法提供科学依据，为食菌类植物线虫多基因共RNAi提供新技术，为通过多基因共RNAi途径更深入研究植物线虫基因功能提供理论依据。

水稻干尖线虫是对水稻为害最大的植物线虫之一，被视为全球十大植物病原线虫。脂肪酸结合维生素A蛋白（FAR）是线虫特有蛋白，将FAR蛋白基因（far）作为防治植物线虫的靶标不会产生对环境和其他生物的安全问题，因此far极具研究和应用价值。在植物线虫RNAi研究中，目前普遍采用dsRNA浸泡和植物介导的方法。但是，浸泡法的时效短、不能遗传；植物介导方法技术难度大、成本高、周期长。本项目在前期研究基础上，进一步研究了真菌介导的多基因共RNAi方法，通过单基因沉默和多基因共沉默途径和方法，研究水稻干尖线虫FAR蛋白家族的8个Ab-far基因的功能，揭示在线虫寄生致病中的关键far，并研究其与寄主的互作机制。本研究获得的重要结果如下：（1）建立了真菌介导共RNAi方法，该方法克服了已有的RNAi方法的局限性，并能有效的进行多基因共沉默；（2）揭示了8个Ab-far基因的功能，发现了far具有抑制脂肪沉积作用的新功能，明确了Ab-far-1是水稻干尖线虫寄生致病过程中的关键far；（3）发现Ab-FAR-1与寄主植物AtADF3互作，改变和调节寄主植物细胞微丝网络状态和周转过程，进而抑制寄主植物的PTI过程从而促进线虫的寄生致病的新机制；（4）为水稻干尖线虫qPCR定量实验筛选到理想内参基因UBC；（5）揭示了水稻被水稻干尖线虫侵染后的防御基因变化，以及水稻干尖线虫侵染可抑制水稻的光合作用；（6）发现水稻OsRLK3基因与水稻干尖线虫ATP合成酶基因Ab-atps的互作，Ab-atps可以诱发寄主植物产生抗性而发生过敏性坏死。本项目的研究结果，为可取食真菌的植物线虫功能基因组学研究提供了一种简单有效的真菌介导共RNAi新方法，为进一步利用far控制水稻干尖线虫提供了理论依据，为水稻干尖线虫的防治提供了新思路和新靶标。