基于转录组和蛋白组解析不结球白菜抗霜霉病分子机制

The mechanism of plant resistance to pathogen is a complex biological process, involved in transcription, translation and post-translational modifications. In the study of non-heading Chinese cabbage resistance to downy mildew, we have obtained some results using the cDNA-AFLP and 2-DE technology at the transcriptional level and protein level. But, these results are all limited to the interactions of partial genes or proteins. To clarify the huge regulatory networks of non-heading Chinese cabbage resistance to downy mildew, a lot of work still needs to be done. The project will systematically analyze the regulatory network in non-heading Chinese cabbage respond to downy mildew on the levels of proteomics and phosphorylation proteomics using the isobaric tags for relative and absolute quantitation (iTRAQ) technologies, combined with the transcriptome database that we have obtained. Then, we will select the key genes based on the regulatory network, and analyze their functions by using over-expression transgenic and RNAi silencing plant. The results will not only help elucidate the resistance mechanism to downy mildew in non-heading Chinese cabbage, but also help promote the process of molecular breeding in antidisease.

植物对病原引起病害的抗性是一个复杂的生物学过程，涉及转录、翻译及翻译后修饰等多个生物学过程。在不结球白菜抗霜霉病机理的研究上，项目组前期已利用cDNA-AFLP、2-DE等技术在转录水平和蛋白水平上取得了较大进展，但都局限于少数基因或蛋白之间的相互作用，无法解析不结球白菜抗霜霉病庞大的调控网络。本项目拟在此基础上，采用相对和绝对定量同位素标记(iTRAQ)技术等分别对不结球白菜抗病和感病材料在接种霜霉病菌前后不同时间点的叶片进行蛋白组学以及磷酸化蛋白组学研究，并结合已获得的转录组数据库，系统地分析不结球白菜应答霜霉病菌胁迫调控网络，发掘关键基因，同时利用现代分子生物学方法，对关键基因进行功能验证。该研究不仅有利于阐明不结球白菜抗霜霉病的分子机制，还有利于推动不结球白菜抗霜霉病分子育种进程，具有重要的科学意义和应用前景。

植物对病原引起病害的抗性是一个复杂的生物学过程，涉及转录、翻译及翻译后修饰等多个生物学过程。在不结球白菜抗霜霉病机理的研究上，项目组前期已利用cDNA-AFLP、2-DE等技术在转录水平和蛋白水平上取得了较大进展，但都局限于少数基因或蛋白之间的相互作用，无法解析不结球白菜抗霜霉病庞大的调控网络。本项目在此基础上，采用相对和绝对定量同位素标记(iTRAQ)技术等分别对不结球白菜抗病和感病材料在接种霜霉病菌前后不同时间点的叶片进行蛋白组学以及磷酸化蛋白组学研究，并结合已获得的转录组数据库，系统地分析不结球白菜应答霜霉病菌胁迫调控网络，发现霜霉病原体入侵导致的MAPK磷酸化和钙离子水平的上调分别使MAPK、CaMK信号转导通路激活，从而引起不结球白菜产生防御反应。霜霉病病原体通过细胞膜进入细胞中引起胁迫响应基因GRP7和DEK的反应，通过RNA剪切以及信号传导激活防御基因GRP8，引起下游的光合作用基因和GTP合成基因的响应，从而增强光合作用和能量合成。此外，霜霉病菌病原体还刺激了碳水化合物衍生物的代谢，使其产生更多谷胱甘肽和硫代葡糖苷，从而增强植株的抗性。同时，还通过基因组关联分析获得了不结球白菜抗霜霉病候选基因。建立了快速有效的转基因技术体系，对关键基因进行了功能验证。发现： BcOE23基因的过表达植株地上部变小，但是地下部分没有差异； BcRCA基因在拟南芥中过表达植株地上部增大，根变长；说明这两个基因在抗病网络中可能存在不同的机制。这些研究成果为深入解析不结球白菜抗病机制奠定了重要的理论基础。在项目实施过程中，发表论文8篇；申请国家发明专利3件。获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖技术发明奖二等奖1项，培养博士研究生3名，硕士研究生2名。