小麦条锈菌中真菌病毒种类及其与寄主互作机理的研究

Wheat stripe rust is the main monitoring and control object of wheat diseases in China. Mycoviruses are widespread in all major taxonomic groups of fungi. Some mycoviruses can cause phenotypic alterations including hypovirulence and debilitation and have an important potential role in the biological control of plant pathogenic fungi. Research on the mycoviruses and the interaction mechanism with their host in Puccinia striiformis, is not only conducive to the classification and evolution of virus, but also provide theoretical basis for the biological control of stripe rust. We obtained the virus sequences by high-throughput sequencing from Puccinia striiformis in the early stage. Thus, in this project, we plan to further analyze the structure and identify the virus species by phylogenetic tree. The virus particles were extracted by sucrose density gradient centrifugation, and the ultrastructure was observed by transmission electron microscope. The target mycoviruses were screened with the potential of biological control of wheat stripe rust, combined with the effect of mycoviruses on the growth and sporulation, cell structure and pathogenicity. In addition, to identify the interacted target genes and elucidate the interaction mechanism, we performed by yeast two-hybrid library, bimolecular fluorescence, Pull-Down, gene silencing, immune-colloidal gold technique and so on. Our results will provide a new strategy for biological control of wheat stripe rust.

小麦条锈病是我国小麦病害的主要监控和防治对象。真菌病毒在自然界的真菌中普遍分布，能够引起弱毒特性的真菌病毒在植物病原真菌的生物防治上具有重要的应用潜力。因而，对小麦条锈菌中真菌病毒种类及其与寄主的互作机理进行研究，不仅有利于真菌病毒的分类及进化研究，同时还可为条锈病的生物防治提供理论依据。因此，本项目拟在前期通过高通量测序已经获得的条锈菌中真菌病毒序列的基础上，对病毒进行全基因组克隆及结构分析，并结合系统发育树对其种类进行准确鉴定。通过蔗糖密度梯度离心对病毒粒体进行提取，采用透射电镜观察其超微结构。结合病毒对寄主在其生长、产孢，细胞结构及致病力方面的影响，筛选具有生物防治小麦条锈病潜能的目标病毒。通过酵母双杂交、双分子荧光、Pull down、基因沉默、免疫胶体金等技术方法，鉴定病毒与寄主互作靶标，分析靶标功能，明确其与寄主的互作机理，进而为小麦条锈病生物防治提供新思路。

由条形柄锈菌引起的小麦条锈病是小麦生产上的一种危害极其严重的世界性气传真菌病害，目前生产上尚没有安全高效的防治措施。真菌病毒在自然界的真菌中普遍分布，是一类感染真菌并能够在其体内进行复制的病毒，有的真菌病毒能够导致寄主真菌的弱致病力，从而在植物病原真菌病害生物防治上具有重要的应用潜力。本项目在前期的研究中，采用高通量测序技术与生物信息分析相结合的方法，在小麦条锈菌当前流行菌系CYR32中发现了6种新的真菌病毒，并对其全基因组进行了克隆和结构分析，明确了锈菌中真菌病毒的种类及其多样性；采用WGA-Alexa 488荧光染色法处理被病毒感染的条锈菌侵染的小麦叶片，发现除了病毒PsNV1，有5种病毒感染的锈菌在细胞结构、菌落和吸器形态上与正常的锈菌没有显著性差异，表明这5种新的真菌病毒在条锈菌中属于潜隐性侵染。为了研究病毒与寄主的互作机制，采用BSMV介导的基因沉默技术，进一步研究发现沉默病毒PsNV1后显著减弱了条锈菌侵染小麦的能力，表明该真菌病毒具有帮助病原真菌侵染其寄主的特性。本研究的科学意义主要包括两方面的内容：（1）为研究专性寄生菌中真菌病毒的起源和进化提供了线索；（2）为研究小麦条锈菌致病机理及锈病的防治提供新思路。