抗白粉病野生蔷薇内生真菌多样性及其抗病的分子机制

Powdery mildew is one of the most serious diseases in rose production, however, there is no better way to control it until now. Most of genes of Rosa hybrid came from wild Rosa, and the wild Rosa with strong powdery mildew resistance should be the most important germplasms for improving Rosa hybrid powdery mildew resistance. Previous studies have indicated that endophyte can improve host plant’s disease resistance. Therefore, to try to improve powdery mildew resistance of Rosa hybrid by endophtes, the fungal endophytic community of Rosa multiflora (strong resistant to powdery mildew) and Rosa multiflora var. carnea (susceptible to powdery mildew) at the different developing stage of powdery mildew will be studied in the present project, and the specific or dominant endophyte in Rosa multiflora will be discovered. Then, these specific or dominant endophytes will be inoculated onto the sterile seedlings of Rosa multiflora var. carnea and its influence on host plants’ powdery mildew resistance should be recorded in greenhouse. Finally, the molecular mechanism of improving Rosa hybrid powdery mildew resistance by fungal endophytes will be discovered through comparing the different expressed genes and their functions using transcriptomics. The work is innovative and worthy of supporting because it may find a better way to resolve the problem of powdery mildew damage in rose production.

白粉病是月季生产第一大病害，提高月季白粉病抗性是月季产业亟待解决的难题。蔷薇属野生种是月季遗传资源的主要来源，抗白粉病野生蔷薇是月季抗病育种最重要的种质资源。已有研究表明，内生菌在一些古老植物的抗病性能中发挥着关键作用。因此，本项目拟通过对同种不同白粉病抗性的野生蔷薇大理紫花（Rosa multiflora）（高抗）和七姐妹（R. multiflora var. carnea）（高感）在白粉病爆发前、中、后期内生真菌群落结构的比较研究，探明不同抗性野生蔷薇内生真菌群落对白粉病的响应以及白粉病高抗蔷薇所特有和优势内生真菌；温室控制条件下，探明这些特有和优势内生真菌在宿主白粉病抗性中的生物学功能；在此基础上，通过对接种与不接种内生真菌蔷薇在白粉菌诱导下转录组文库的构建、测序及生物信息学分析，获得差异表达基因及其功能，揭示内生真菌在野生蔷薇白粉病抗性中的作用机制，为月季白粉病防治提供一条新途径。

本项目利用免培养和可培养方法，对比研究了两种不同白粉病抗性野生蔷薇内生真菌群落结构的异同。两种研究方法均表明大理紫花（白粉病高抗）和七姐妹（白粉病高感）内生真菌群落组成存在显著差异，且在白粉病爆发前期，二者的α-多样性有明显统计学差异。免培养研究表明，在目、科、属、种水平上，二者优势类群各异。其中属水平上：在白粉病爆发前期，大理紫花以Botryotinia为主要优势菌属，而七姐妹则以Alternaria为主；在白粉病爆发中期，大理紫花以Rhodosporidium为主要优势菌属，七姐妹则以Botryotinia为主；在爆发后期，白粉病致病菌Podosphaera仅在七姐妹中检测到。可培养研究中，大理紫花的优势内生真菌依次为Colletotrichum gloeosporioides、Phomopsis amygdali、C. truncatum，而七姐妹的优势内生真菌则依次为Alternaria alternata、Phyllosticta capitalensis。对两种蔷薇的内生真菌进行高通量测序共获得4462个OTU，其中大理紫花无论茎还是叶，其内生真菌的OTU数都高于七姐妹。同样，免培养研究也表明，大理紫花定殖的内生真菌数量显著高于七姐妹。从两种蔷薇共2880个组织块中分离获得的2003株内生真菌中，大理紫花1333株，七姐妹670株。此外，大理紫花内生真菌的平均分离频率、定殖率也显著高于七姐妹（P< 0.05，卡方检验）。通过温室盆栽试验，从52株内生真菌中筛选获得对烟草白粉病具有较好抗性的菌株8株，其中来自大理紫花的M7SB 41 (Seimatosporium sp.,大理紫花特有菌)表现最为突出，能够显著降低烟草的平均病情指数 (P< 0.05，One-way ANOVA)并促进其生长（P < 0.05，T检验）。对接种与未接种M7SB 41烟草在白粉菌感染0h、24h、72h的转录组学比较研究，发现内生真菌可能通过调节与抗病相关的植物激素信号转导通路及合成抗生素、次生代谢产物等方式增强宿主植物的白粉病抗性。总之，本研究初步阐明了两种不同抗性野生蔷薇内生菌群落结构特点，筛选获得了具有较强白粉病抗性的功能菌株、揭示了内生真菌及其群落对宿主白粉病抗性的影响及其机制、为植物白粉病防治提供一条新途径。