茉莉酸诱导草莓果实抗灰霉病的生理及分子机理解析

The fruit disease has a great harm on fruit quality. Many studies have shown that jasmonic acid (JA) can induce plant resistance to Botrytis cinerea (B. cinerea), but the disease resistance mechanism is still unclear. In this project, strawberry (Fragaria × ananassa) cultivar "Sweet charlie" is used as test material, we will study at physiological and molecular levels as follows: genetic evidence of JA-induced strawberry fruit resistance to B. cinerea; influences of JA on the changes of physiological and molecular index in strawberry fruit; Mechanism of JA inhibiting the development of B. cinerea mycelium; the effect of JA and inoculation of B. cinerea on the transcriptome and protein levels in strawberry fruit; screening of the key gene in response to B. cinerea modulated by JA and its function analysis using transgenic technology in strawberry; analysis of interaction protein by using yeast two-hybrid system to construct the signal network model of JA induction strawberry against B. cinerea. The results from this project will definitely do great help to our understanding to the mechanism of JA in the process of strawberry fruit resistance to B. cinerea, and provide us the theoretical basis for better regulation of defensing B. cinerea in strawberry fruit.

果实病害对果实品质形成造成很大影响。很多研究表明茉莉酸可诱导植物抗灰霉病菌，但其具体的抗病机理并未清晰。为此本项目拟以草莓(Fragaria × ananassa)品种“甜查理”为试材，从生理及分子水平上开展以下几方面的研究：茉莉酸诱导草莓果实抗灰霉菌的遗传学证据；茉莉酸对草莓果实生理和分子指标变化的影响；茉莉酸抑制灰霉菌菌丝发育的机理；茉莉酸和灰霉菌对草莓果实转录组和蛋白水平的影响；受茉莉酸调控的灰霉菌应答关键基因的筛选及其转基因功能分析；酵母双杂交分离关键基因互作蛋白并构建茉莉酸诱导草莓抗灰霉菌信号网络模型。本研究的开展与完成有助于认识茉莉酸在草莓果实抗灰霉菌过程中的作用机理，为更好地调控草莓抗灰霉病提供理论依据。

茉莉酸在诱导植物抗灰霉病菌方面起着关键的作用，但在草莓中具体的抗病机理并未清晰。利用草莓(Fragaria × ananassa)品种“甜查理”为试材，从生理及分子水平上系统揭示了茉莉酸的抗灰霉病机理。利用转基因技术调控茉莉酸合成基因表达水平，从而提高草莓果实内源茉莉酸含量，能诱导草莓果实抗灰霉菌。通过透射和扫描电镜发现转基因的草莓果实能抑制灰霉菌孢子萌发和菌丝生长，通过多组学分析共筛选了10631个受茉莉酸调控的差异表达基因、239个差异表达蛋白和229个差异代谢产物，发现它们主要参与病原体感知、激素生物合成和信号转导、光合作用和次级代谢。通过组学和生理表现分析发现茉莉酸可以通过诱导TPS代谢物质的表达提升果实抗病能力，诱导FaTPS1表达并迅速增加萜烯含量。FaTPS1过表达增加了倍半萜的释放，特别是大牛儿烯D，并提高了草莓对灰霉病的抗性，而FaTPS1的敲除增加了其对灰霉病菌的易感性。使用酵母单杂交分析和瞬时表达分析，我们证明FaMYC2可以与FaTPS1启动子区的G盒元件结合，从而诱导FaTPS1表达。MeJA还刺激FaMYC2表达并调节下游级联信号。通过组学和酵母双杂交我们筛选到茉莉酸下游组分HDAC19-TPL3，茉莉酸会通过抑制HDAC19-TPL3路径提升果实抗灰霉病能力。灰霉病是草莓的一种重要病害，是导致草莓产量和质量降低的主要因素，我们利用高通量测序技术发现草莓抗病害的分子机制，揭示了JA后续信号转导调控抗病基因网络，提出了MeJA介导的草莓抗灰霉病新信号通路模型，为揭示草莓中的JA抗病信号路径和JA诱导草莓抗灰霉病机制，以及田间应用茉莉酸类生物农药奠定重要的工作基础。