香蕉枯萎病菌响应韭菜胁迫的转录组分析及相关基因功能研究

Banana Fusarium wilt is regarded as one of the destructive plant diseases. In addition, there are still no methods to completely control thefetal disease. After several years of investigations, we found that adopting the Chinese leek-banana rotation/intercropping system could significantly decrease the incidence of Fusarium wilt in banana. Presently, the planting mode has already been applied in commercially practical production and has created primary social and economic benefits. However, the mechanism of Chinese leek on the control of Fusarium wilt in banana is still not clear. The results of our further study suggested that Chinese leek extract inhibited the growth of Fusariuim oxysporum f.sp. Cubense Race4(Foc4）hypha, destructed the hypha structure,suppressed germination of the spores,and also caused efficient death to the spores. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31272151), we isolated and identified six antifungal components from Chinese leek that significantly inhibted the growth of Foc4.In the project, we will stress Foc4 by using the newly isolated antifungual components,tring to screen target genes in Foc4 respond to the antifungual components by using transcriptome sequencing,and to identify the function of the screened target genes by using gene knock-out technique.The project will reveal the molecular mechanism of the reduction of Fusarium wilt in banana caused by Chinese leek,provide theoretical base to the research and development of botanical reagents effectively controlling the Fusarium wilt and provide precious gene resource to the study on controlling the fetal disease by using molecular biotechnology means.

香蕉枯萎病是毁灭性病害，目前尚无根除措施。我们研究发现，采用韭菜轮作/套种香蕉的种植模式能显著减少香蕉枯萎病的发生。目前该模式已成功应用于生产实践中，并初步取得良好的经济效益和社会效益。但韭菜的防病机理尚不明确。我们进一步发现韭菜提取物能显著抑制香蕉枯萎病菌4号生理小种（Foc4）菌丝的生长、破坏菌丝的结构，还能抑制孢子萌发、高效杀灭孢子。在国家自然基金（31272151）的资助下，我们从韭菜中分离鉴定到6种能高效抑制Foc4生长的活性成分。本研究中拟用分离到的活性物质对Foc4进行处理，利用转录组测序技术筛选Foc4中韭菜活性物质作用的靶标基因，并通过基因敲除技术对筛选到的靶标基因进行功能分析鉴定，以期从分子水平揭示韭菜抑制香蕉枯萎病发生的机制，为研发高效防控香蕉枯萎病的植物源药剂提供理论基础，也为通过分子生物学手段防控香蕉枯萎病提供宝贵的基因资源与理论支撑。

香蕉枯萎病是毁灭性病害，目前尚无根除措施。我们研究发现，采用韭菜轮作/套种香蕉的种植模式能显著减少香蕉枯萎病的发生。目前该模式已成功应用于生产实践中，并初步取得良好的经济效益和社会效益。但韭菜的防病机理尚不明确。我们进一步发现韭菜提取物能显著抑制香蕉枯萎病菌4号生理小种（Foc4）菌丝的生长、破坏菌丝的结构，还能抑制孢子萌发、高效杀灭孢子。在国家自然基金（31272151）的资助下，我们从韭菜中分离鉴定到6种能高效抑制Foc4生长的活性成分。本项目中筛选活性最好的活性物质对Foc4进行处理，利用转录组测序技术筛选Foc4中韭菜活性物质作用的靶标基因，并通过基因敲除技术对筛选到的靶标基因进行功能分析鉴定。结果发现，在检测的几种物质物质成分中，Dimethyl trisulfide，Trisulfide, methyl 2-propenyl和2-Methoxy-4-vinylphenol对Foc4孢子活性都有很强的抑制作用。浓度为0.5μl/ml的三种物质处理Foc4孢子24h后，其孢子活力都下降到10%以下。综合各种因素，我们选定1/ 4000 (V/V)的浓度的Dimethyl trisulfide处理Foc TR4，分别于1.5h，6h和12h取样，进行RNA-seq分析。经过对差异基因分析，发现内质网相关途径和萜类代谢途径涉及的基因变化最大，将各个时间点的处理和相应对照进行比较，筛选出内质网相关的两个关键基因（F08856和F05398）和萜类合成途径中的两个关键基因（F07540和F08157）进行基因敲除。研究发现基因敲除后的突变体繁殖速度减缓，致病力减弱。说明韭菜中活性物质（如Dimethyl trisulfide及其类似物）对Foc4内质网造成了胁迫及伤害，并显著降低了帖类物质的合成，导致了Foc4生活力下降，致病性减弱。这也是韭菜高效致死Foc4，并显著降低香蕉枯萎病发生的重要机理之一；该项目从分子水平揭示韭菜抑制香蕉枯萎病发生的机制，为研发高效防控香蕉枯萎病的植物源药剂提供理论基础，也为通过分子生物学手段防控香蕉枯萎病提供宝贵的基因资源与理论支撑。.此外，我们还研究了韭菜对南方根结线虫、苹果轮纹病的防控效果，也取得了很好的效果，这些研究对园艺作物病害的生物防控提供了依据和理论基础。