AGO基因家族对菌核病（Sclerotinia sclerotiorum）抗性的调控功能解析

Sclerotinia sclerotiorum, causing plant white mould disease, is one of the most devastating and widely distributed pathogens in the world. The molecular regulatory mechanism of plant resistance to S. sclerotiorum is still largely unknown. RNA silencing is an important regulatory mechanism of plant protection against virus and bacterium, but it is not clear whether this is also the case for fungal disease resistance. This project aims to use mutants and employ gene transformation, VIGS and omics technologies, to dissect the function of AGO gene family as the core component of RNA silencing in regulating resistance to S. sclerotiorum, identify miRNA and AGO-regulated components that are involved in resistance regulation, thereby reveal the pathway and mechanism of regulating this resistance, and unveil the role of RNA silencing in regulating resistance to S. sclerotiorum, and thus provide an example that RNA silencing regulates fungal disease resistance. This should improve understanding of the biological meaning of RNA silencing, and provide some insights into the regulatory mechanism of disease resistance to S. sclerotiorum and other fungi. Meanwhile, from view of application, the obtained results will widen the gene resource required for creation of new germplasm resources for white mould and other fungal resistance breeding, and provide new consideration to seek for strategies to control white mould and other fungal diseases.

Sclerotinia sclerotiorum引起植物菌核病，是世界上最具毁灭性和分布最广泛的植物病原物之一。植物抗S. sclerotiorum分子调控机理还不很清楚。RNA沉默是植物抗病毒和细菌的重要调控机理，但对真菌病害的调控功能还不明确。本项目拟利用突变体材料，采用转基因、VIGS和组学技术，研究明确RNA沉默核心因子AGO基因家族对S. sclerotiorum抗性的调控功能，鉴定抗性调控miRNA，及受AGO调控的抗性调控因子，揭示其抗病调控途径和机理，明确RNA沉默在调控S. sclerotiorum抗性中的作用，为RNA沉默调控真菌病害抗性提供一个范例，增进对RNA沉默生物学意义的认识，有力促进对菌核病和其他真菌病害抗性调控机理的理解。应用上将拓宽用于抗菌核病和其他真菌病害新种质创制的基因资源范围，拓展菌核病和其他真菌病害的控制策略研究思路。

AGO家族对真菌病害抗性的调控作用及机制尚不明确。本项目以重要作物油菜和模式植物拟南芥为植物对象，以导致菌核病的毁灭性真菌病原物Sclerotinia sclerotiorum（Ss）为病原物对象，围绕AGO家族对Ss抗性的调控功能及机制开展了系统的研究。在基因组水平系统鉴定了油菜AGO家族等RNA沉默核心因子的组成，探明油菜和拟南芥AGO家族基因构成的差异。通过结合多种组学、遗传学、生物化学、细胞生物学、分子生物学和植物病理学等技术，阐明了AGO家族对S. sclerotiorum抗性的重要调控功能，明确了AGO基因AGO1、AGO2和AGO9、以及其它RNA沉默核心基因DCL4、RDR1和RDR6对Ss抗性的正调控功能及DCL1对此抗性的负调控功能。通过鉴定调控AGO的上游因子以及AGO的下游调控靶标，解析了AGO调控Ss抗性的机制。揭示了油菜与核盘菌互作过程中miRNA对AGO1和AGO2以及氧化还原状态和抗病相关基因表达的严密调控。发现Ca2+信号途径转录因子CAMTA3对AGO和RDR家族多个成员的直接调控作用和机制，及其在不同植物中的差异性：油菜CAMTA3能广泛地与3个DCL基因，8个AGO基因（包括AGO1和AGO2）和4个RDR基因共15个基因启动子相结合。而拟南芥CAMTA3能与AGO5和AGO6强烈结合，与AGO4和RDR3微弱结合。在油菜中，CAMTA3直接负调控AGO1和其它AGO，而在拟南芥中，CAMTA3通过直接负调控CBP60g来调控AGO1的转录表达。此外，解构了AGO2调控Ss抗性的miRNA和基因网络；鉴定获取了一批调控Ss抗性的miRNA和基因。总之，本项目阐明了AGO家族对Ss抗性的调控功能，揭示了AGO调控植物抗病性的新机制，包括首次阐明了Ca2+信号途径转录因子CAMTA3对AGO家族及其它RNA沉默核心基因的直接调控作用及机制，以及AGO介导的RNA沉默对死体营养型病原真菌抗性的重要调控作用及机制。RNA沉默目前还只有在抗病毒和细菌中的作用得到了公认，而对抗真菌中作用的研究尚属刚起步阶段。本项目研究结果为RNA沉默调控真菌病害抗性提供一个范例，从而促进对RNA沉默的生物学意义的理解，同时也拓宽了对真菌病害抗性调控分子机理的研究思路和视野。