染色质重塑因子 TaCHR1 与转录因子 TabHLH89/90 相互作用调控小麦白粉病抗性的分子机制研究

Plant disease poses a threat to the production of common wheat (Triticum aestivum L.). Deciphering the mechanism of wheat disease resistance is essential to the wheat molecular breeding for resistance. Recently, we isolated the wheat bHLH-type transcription factors TabHLH89/90 as repressors of resistance against powdery mildew, and revealed that TabHLH89/90 interact with the CHD3-type chromatin remodeling factor TaCHR1 which positively regulates the wheat defense response to Blumeria graminis f. sp. tritici (Bgt), but the molecular mechanism remains unknowm. In this study, we will employ the integrated approaches, including transcriptomics, genomics, molecular genetics and epigenetics, to characterize the defense-related target genes of TabHLH89/90, and explore the regulation of histone methylation in these identified defense-related targets promoter regions by TaCHR1, then reveal the molecular mechanism of TaCHR1 interacting with TabHLH89/90 to regulate the powdery mildew resistance in wheat. The results of this study will not only enrich our knowledge about the mechanism in regulation of wheat disease resistance, but also provide the theoretical guidance and new plant genes for the wheat molecular breeding for resistance against powdery mildew disease.

病害严重影响小麦的产量和品质。解析小麦对病害的抗性机理，对实现小麦抗病分子育种具有重要意义。我们新鉴定的 bHLH 类型转录因子 TabHLH89/90 负向调控小麦对白粉菌的抗病反应，其互作蛋白 TaCHR1 是一个 CHD3 类型染色质重塑因子且正向调控小麦对白粉菌的抗病反应，但分子机制尚不清楚。因 CHD3 类型染色质重塑因子可通过调控组蛋白甲基化修饰而影响基因转录，本项目拟采用转录组学、基因组学及分子遗传学等方法确定小麦中 TabHLH89/90 的抗病相关靶标基因，并结合表观遗传学手段解析 TaCHR1 对 TabHLH89/90 的抗病相关靶标基因启动子区组蛋白甲基化修饰的调控，深入揭示 TaCHR1 与 TabHLH89/90 相互作用调控小麦白粉病抗性的分子机制。研究成果将进一步深化人们对小麦抗病调控机制的认识，并为小麦抗白粉病分子育种提供新的理论依据和基因资源。

由小麦白粉菌引起的小麦白粉病严重威胁我国小麦生产和粮食安全，解析小麦白粉病抗性调控机理对开展小麦抗病分子育种具有重要意义。在前期研究的基础上，项目组通过运用遗传学、生物化学和分子生物学等多学科研究手段，围绕小麦白粉病抗性调控机理开展研究，阐明小麦染色质重塑因子TaCHR729与转录因子TaKPAB1相互作用，通过介导启动子区组蛋白H3K4甲基化而激活小麦蜡质合成关键基因TaKCS6的转录，从而促进小麦角质层蜡质合成，为小麦白粉菌孢子萌发提供化学信号。在该基金资助下，项目组进一步对小麦角质层合成及其抗病调控机理开展研究，解析了GCN5-ADA2类型组蛋白乙酰转移酶复合体与转录因子互作调控小麦角质层蜡质合成及白粉病抗性的分子机制，绘制了植物登陆过程中角质层合成途径的演化历史，阐明RPD3-HD2-WD40类型组蛋白去乙酰化酶复合体调控小麦白粉病抗性的表观遗传机制，发现小麦组蛋白去甲基化酶TaJMJC3正向调控小麦角质层合成和白粉菌孢子萌发，撰写综述“植物角质层蜡质合成及其在植物抗病过程中的作用”和“大小麦生物及非生物胁迫应答的表观遗传调控”，在小麦角质层合成和白粉病抗性调控机理研究中获得原创性成果，已经发表SCI论文7篇，授权国家发明专利1项，为小麦抗病分子育种提供了新的理论依据和基因资源。