多倍体西瓜枯萎病抗性DNA甲基化调控机制研究

Watermelon Fusarium wilt is an important soil-borne disease, which restricts watermelon production in all areas in the world, only crop rotation, cultivars resistant to fusarium wilt and grafting would alleviate watermelon fusarium wilt. The resistance of different ploidy watermelon to Fusarium oxysporum f. sp. niveum race 1 were identified, and polyploidy watermelon showed stronger resistance than their homologous diploid, but the disease resistance mechanism of polyploidy watermelon is still unclear. In this research, the different ploidy watermelon including the same genotype diploid, triploid, tetraploid and the diploid which is reverse mutation formed by tetraploid will be used as materials. The disease resistance of different materials to Fusarium oxysporum f. sp. niveum race 1 will be identified during seedling period. The structure of root and stem cell, the infection process of the fungal, the alteration of DNA methylation, the expression of differences DNA methylation gene will be compared. The mechanism of polyploidy watermelon wilt disease resistance will be explained through cytology and epigenetics, and this study will provide theoretical basis and some useful information for polyploidy watermelon disease resistance breeding.

枯萎病是一种西瓜栽培中常见的土传病害，已成为限制西瓜生产的主要因素之一，只有通过轮作、抗枯萎病品种选育和嫁接栽培才能有效克服枯萎病的影响。申请者对不同倍性的西瓜幼苗进行枯萎病菌生理小种1接种鉴定，发现多倍体对枯萎病抗性强于其同源二倍体，但是多倍体西瓜的枯萎病抗病机理还不清楚。本项目拟以同基因型的二倍体、三倍体、四倍体西瓜和由四倍体回复突变形成的二倍体为材料，通过苗期接种枯萎病病原菌生理小种1鉴定不同材料的枯萎病抗性，比较接种前后不同倍性西瓜材料中细胞受伤害情况和枯萎病菌的侵染过程，比较接种前后不同倍性材料全基因组DNA甲基化变化及甲基化差异基因的表达，研究结果将从细胞学和表观遗传学层面阐明多倍性西瓜枯萎病抗性的优势机理，最终为多倍体西瓜抗病育种尤其是抗枯萎病育种提供新的策略与理论依据。

西瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌西瓜专化型引起的一种世界性土传真菌病害。近年来由于西瓜重茬种植面积的不断扩增，导致西瓜连作障碍普遍发生，枯萎病已经成为限制西瓜生产的主要因素之一。田间观察发现四倍体（4x）西瓜较其二倍体（2x）抗枯萎病。为了揭示4x西瓜抗枯萎病的优势机理，本试验以同基因型的郑州3号2x和4x西瓜幼苗为材料，研究4x西瓜抗枯萎病的优势机理，主要研究成果如下：. 在西瓜幼苗一叶一心时期接种枯萎病生理小种1后，4x比2x延迟3d感病，明显延缓了枯萎病的发病时间，4x相对同源2x抗枯萎病。. 枯萎病病原菌主要从西瓜幼苗断根伤口、主根侧根间的自然缝隙、根毛等部位侵染西瓜根系，并在其中迅速扩散；在4x西瓜幼苗中的枯萎病菌定殖率比同源2x低，4x幼苗明显延缓了枯萎病菌的侵染时间。. 接种枯萎病菌后，4x比2x西瓜幼苗根系细胞膜损伤程度小，抗病有关酶及次生代谢物质的含量增加，更有利于抵抗枯萎病菌的侵染。. 枯萎病菌侵染后，西瓜幼苗根系总甲基化水平和全甲基化水平都随之降低，去甲基化和过甲基化模式增加，不同倍性西瓜相比，2x比4x有更多的位点发生了去甲基化和过甲基化变化，4x总甲基化率高于2x。. 接种枯萎病菌后4x西瓜幼苗根系MYB、MPK7、PAL、Chitinase等抗病基因的最大表达量分别是2x同时期的80倍、3倍、6倍、10倍。4x西瓜幼苗中这些基因的上调表达，在基因表达水平上说明了4x西瓜的抗枯萎病优势。. 本研究通过苗期枯萎病接种鉴定、病菌侵染过程观察、代谢物质含量及基因表达水平变化等多方面的研究，表明四倍体西瓜幼苗比同源二倍体抗枯萎病。该研究结果可以为西瓜多倍体育种和抗病育种提供可靠的理论依据。