黄瓜枯萎病菌FocRho1基因沉默诱导抗枯萎病机制解析

Fusarium wilt (FW) is one of the most severe soil-borne and destructive fungal diseases of cucumber, and the damages become more and more serious because of continuous cropping. Breeding varieties tolerant to FW is almost impossible due to lacking of resistant germplasm. Through combined use of whole genome sequencing of F. oxysporum f. sp. cucumerinum, comparative genomics, transcriptome sequencing, gene expression analysis, gene knockout and complementation technology, we identified a candidate gene, namely FocRho1, for cucumber FW pathogenicity. The gene is predicted to encode a small G protein, which showed significant effect on pathogenicity of F. oxysporum. In this study, we aimed to slience the FocRho1 through RNAi method, and obtain the transgenic cucumber lines. Then screen of the key sRNAs that inhibit FocRho1 expression in the transgenic lines by small RNA deep sequencing. The results may facilitate the understanding of underlying molecular mechanisms of FocRho1 in regulating of cucumber FW resistance and breeding of new varieties with enhanced FW resistance.

黄瓜枯萎病是一种毁灭性的土传真菌病害，设施连作导致其危害日益严重。长期以来，由于黄瓜中缺乏抗枯萎病种质资源，因此难以通过常规育种方法创新抗枯萎病种质和选育抗枯萎病黄瓜新品种。本研究在黄瓜枯萎病菌专化型分离、鉴定及全基因组测序的基础上，比较其与西瓜、甜瓜、丝瓜、苦瓜和番茄等蔬菜作物的枯萎病菌全基因组序列差异，进一步通过黄瓜枯萎病菌转录组和表达分析，获得了黄瓜枯萎病致病候选基因。利用基因敲除与互补技术创制了候选基因的突变体，通过对突变体生物学特性分析，发现小G蛋白基因FocRho1为黄瓜枯萎病菌关键致病基因。本项目将利用RNAi方法获得沉默FocRho1的黄瓜抗枯萎病转基因材料，通过sRNA测序，筛选在黄瓜转基因植株内抑制FocRho1表达的关键sRNA。研究结果将阐明黄瓜枯萎病菌FocRho1基因参与调控黄瓜抗枯萎病的机理，为今后黄瓜抗枯萎病分子遗传改良及新品种选育奠定重要的理论与技术基础。

黄瓜枯萎病是一种毁灭性的土传真菌病害，设施连作导致其危害日益加重，成为黄瓜生产中急需解决的重要难题。已有研究表明，黄瓜中缺乏抗枯萎病种质资源，难以通过常规育种方法创新抗枯萎病种质和选育抗枯萎病新品种。近年来，RNAi技术已经成功应用于许多大田作物的抗病机制研究,通过挖掘病原菌中的关键致病基因，利用该基因构建干扰载体进行遗传转化，寄主植物中的小RNA可以跨界分泌到侵染病菌体内，沉默关键致病基因，最终培育出植物提高植物抗病的植物材料。本研究在黄瓜枯萎病菌专化型分离、鉴定及全基因组测序的基础上，比较其与西瓜、甜瓜、丝瓜、苦瓜和番茄等作物的枯萎病菌全基因组序列差异，鉴定黄瓜枯萎病菌特有基因，通过黄瓜枯萎病菌转录组和表达分析，鉴定黄瓜枯萎病致病相关基因；建立基因敲除与互补技术创制候选致病基因的突变体，分析突变体生物学功能，发现致病基因包括小G蛋白基因FocRho1极显著的影响黄瓜枯萎病菌致病性。利用RNAi方法获得沉默入侵枯萎病菌致病基因FocRho1的黄瓜抗枯萎病转基因材料，接种枯萎病菌后发现FocRho1-RNAi黄瓜株系几乎不感染枯萎病菌。人工合成的siRNA560可以抑制枯萎病菌中FocRho1的表达而高效抑制枯萎病菌的侵染。后续将对抗枯萎病的FocRho1-RNAi黄瓜株系进行小RNA深度测序，挖掘更多抑制FocRho1表达进而抑制致病性的小RNA。siRNA560和FocRho1-RNAi黄瓜株系将在黄瓜抗枯萎病防治及育种材料创制中的应用；为今后黄瓜抗枯萎病分子遗传改良及新品种选育奠定重要的理论与技术基础。