BnMPK4介导的油菜抗菌核病特异信号反应的分子机理

我国13亿人口高度依赖进口油，孕育着食用油供给和能源保障上的重大安全隐患！油菜是我国最重要的油料作物，供应我国40％食用植物油，也是解决全球能源短缺的重要作物原料。油菜菌核病是限制我国油菜生产的主要因子，全国发生面积在7000万亩以上，产量损失可高达50-80%。提高油菜生产必须进行抗菌核病品种分子改良，而对油菜抗菌核病分子机制的理解是其基石。.本项目以自主研发的油菜内源性抗菌核病重要基因BnMPK4为切入点进行后续研究，试图揭示BnMPK4介导的油菜抗菌核病特异信号反应的分子机理，这可能对以下几个科学问题给予回答或解释：①抗菌核病信号途径是否是BnMPK4介导的一个下游信号分支；②JA/ET信号途径在油菜抗菌核病中的作用；③活性氧水平的降低与菌核病抗性的关系。本项目3年内目标是明确揭示出一条油菜抗菌核病特异信号途径，获得抗菌核病油菜转基因株系，为油菜品种分子改良提供新的基因源和理论指导。

油菜（Brassica napus）是我国最重要的油料作物之一，而菌核病（Sclerotinia sclerotiorum）是油菜生产最重要的限制因子，但是人们对油菜对菌核病的抗病机制仍不甚了解。.本项目的主要研究内容为⑴防卫信号途径相关基因在油菜中的鉴定；⑵BnMPK4对油菜抗病相关基因表达的影响；⑶BnMPK4互作蛋白的鉴定及互作蛋白抗菌核病功能分析。.本项目完成了研究计划内容，现将重要结果及其科学意义汇报如下：.⑴系统性评估了油菜在菌核病等逆境胁迫下使用荧光定量RT-PCR（qRT-PCR）研究基因表达的内参基因，为研究油菜及其它芸薹属作物逆境下的基因表达提供了qRT-PCR技术平台。.⑵水杨酸、茉莉酸和乙烯介导的信号途径广泛参与了植物抗病反应、生长发育、育性等生理过程，我们首次在油菜中筛选并鉴定了这些信号途径的标志基因，为研究油菜以及芸薹属作物在各种生理过程中这些信号途径的参与提供平台。.⑶在油菜—菌核病系统中对水杨酸、茉莉酸介导的防卫信号反应进行系统的研究，揭示出水杨酸和茉莉酸信号在油菜菌核病的防卫反应中次序性地激活并且起着重要的作用，这对研究油菜菌核病防卫反应的分子机理具有重要的指导意义。.⑷从油菜中鉴定出一系列菌核病及防卫信号分子响应基因，这为筛选和鉴定油菜抗菌核病的功能基因提供候选基因参考。.⑸在油菜中探测了BnMPK4过量和抑制表达对各种抗病相关基因表达的影响，这为BnMPK4作用蛋白的鉴定提供线索。.⑹鉴定出BnMPK4通过BnMKS1与BnWRKY33相互作用，并且显示这三个蛋白都定位于细胞核中且对菌核病侵染表现出高度协同诱导表达；进而BnWRKY33过表达油菜转基因株系表现出菌核病抗性的显著提高，其抗病机制相关于组成型水杨酸、茉莉酸信号途径标志基因表达的激活和活性氧水平的降低。这些数据表明BnWRKY33在油菜菌核病的抗性中起着重要的作用，该结论为油菜抗病育种提供了新的基因源，为油菜抗菌核病育种以及进一步的抗病机理研究提供了材料基础。.我们首次提出一个潜在的机制：在油菜中，BnMPK4-BnMKS1-BnWRKY33以三聚体复合物的状态存在于细胞核中调控WRKY33靶基因的表达，进而调节水杨酸、茉莉酸防卫反应和氧化还原平衡来防御菌核病的侵染。