内质网应激效应(UPR)在苹果抗褐斑病中的作用及机制

Diplocarpon mali Y. Harada & K. Sawamura（anamorph Marssonina coronariae (Ellis & J.J. Davis) J. J. Davis），the causal agent of Marssonina leaf blotch of apple, primarily infects apple leaves and leads to defoliation during growth seasons，resulting in reduction of quantity and quality of apples. Since the most efficient way to control this disease is to improve the host resistance, it is essential to search the resistant material and reveal the resistant mechanisms. Previously, we have set up an efficient evaluation system, thereby screening out the resistant apple species Malus baccata. Furthermore, the cytological analyses indicated that D. mali induces ER stress on M. baccata. Based on these, in this study, we aim to explore the relation between ER stress response (UPR) to host resistance. In both resistant and susceptible materials infected by D. mali, the occurrence of ER stress and induction of UPR will be analyzed and compared at cellular and transcriptional levels. RNA-Seq approach will be applied to screen the UPR-related genes induced by D. mali at whole transcriptome level and their expression patterns to different stress stimuli will be further analyzed. Thereafter, the resistance-related functions of selected UPR genes will be characterized. The results will primarily clarify the function and mechanisms of UPR in resistance to Marssonina leaf blotch of apple, which will contribute not only to the elucidation of resistance mechanisms to this apple disease, but also to the resistance breeding.

苹果褐斑病引起生长季节叶片黄化、早落，致使树体衰弱，产量和品质下降，造成严重的经济损失。而利用品种抗病性是控制该病害最根本有效的途径，因此，挖掘抗病种质资源、明确抗病机理在我国苹果抗病育种中具有重要意义，亦成为病害控制中亟待解决的重大问题。本研究拟从前期筛选到的抗褐斑病材料山定子中发现的内质网应激入手，探索内质网应激效应（UPR）与抗性的关系。通过在细胞水平和分子水平分析比较抗、感材料接种病菌后内质网应激的发生和UPR的诱导，RNA-Seq深度测序技术在全转录组水平上筛选和鉴定由褐斑菌侵染表达的UPR相关基因，并进一步对筛选到的UPR相关基因在不同胁迫下的表达特征和抗性功能进行分析，研究结果将明确UPR在苹果抗褐斑病中的作用与机制，从而为深入、系统地揭示苹果抗褐斑病的信号网络和调控机制奠定基础，也为抗病资源的挖掘与利用和抗病育种提供理论依据和指导。

苹果褐斑病引起生长季节叶片黄化、早落，致使树体衰弱，产量和品质下降，造成严重的经济损失。而利用品种抗病性是控制该病害最根本有效的途径，因此，挖掘抗病种质资源、明确抗病机理在我国苹果抗病育种中具有重要意义，亦成为病害控制中亟待解决的重大问题。本研究从前期筛选到的抗褐斑病材料山定子中发现的内质网应激入手，探索内质网应激效应（UPR）与抗性的关系。以苹果褐斑病菌与抗、感材料互作体系为研究对象，通过细胞生物学、分子生物学、和转录组学等技术手段，开展了下列研究工作：1）在细胞水平上分析与比较了褐斑病菌接种抗、感材料后内质网超微结构的变化，揭示了内质网应激的发生和UPR的诱导；2）运用生物信息学手段预测了苹果UPR相关基因，并筛选克隆到了两个与UPR相关的苹果bZIP类转录因子以及分子折叠伴侣基因和五个蛋白折叠相关基因；3）在分子水平上，比较并揭示了苹果UPR相关基因受衣霉素/褐斑病菌诱导的表达特征；并进一步揭示了目的基因响应外源激素处理的表达特征以及内质网应激对抗性信号通路关键基因表达的影响。该结果揭示了UPR可能与植物关键抗性信号通路相关联，参与了苹果对褐斑病菌的抗性反应；4）运用RNA-Seq深度测序技术对苹果褐斑病菌侵染的山定子叶片进行转录组测序，利用生物信息学方法对基因表达和功能进行研究，并对UPR相关基因进行了初步筛选；此外，发现山定子754个特有差异表达的基因响应生物应激，为后续研究提供了潜在抗性基因资源；5）受限于苹果生长的长周期、褐斑病菌对自然条件的高度依赖性，研究中难以获得足够的研究材料进行目的基因的抗性功能分析。通过改进实验体系，该部分工作将在后续进一步推进。上述研究结果为进一步认识苹果抗褐斑病的作用机制提供了新思路，也为抗病资源的挖掘与利用和抗病育种提供理论依据和指导。