抗棉花黄萎病的人工合成抗真菌肽的结构与功能

棉花黄萎病是大丽轮枝菌（真菌）从根系侵入棉花体内引起的病害，在我国危害严重，损失巨大，农药防治效果不佳，又缺乏抗病种质，使棉花杂交育种和转基因育种均面临很难找到现成抗性基因的问题。本项目通过改造天然抗真菌肽（简称"天然肽"）的结构，克服"天然肽"的缺陷，获得人工合成抗真菌肽（简称"人工肽"），并利用现有的3套（"天然肽"与"人工肽"）转基因棉花株系，比较"天然肽"与"人工肽"在棉花细胞，特别是根细胞中的表达特点和差异，研究"人工肽"抑菌所需的结构，以及对棉花黄萎病菌的抑菌功能，为人工设计和合成抗病基因提供理论依据和关键技术。

陆地棉易发黄萎病。棉花黄萎病是大丽轮枝菌（真菌）从根系侵入棉花体内引起的病害，在我国危害严重，损失巨大，农药防治效果不佳，又缺乏抗病种质，使棉花杂交育种和转基因育种均面临很难找到现成抗性基因的问题。为此，本项目通过改造天然抗真菌肽（简称"天然肽"）的结构，克服"天然肽"的缺陷，获得人工合成抗真菌肽（简称"人工肽"），比较"天然肽"与"人工肽"在植物细胞，特别是根细胞中的表达特点和差异，研究"人工肽"抑菌所需的结构，以及对棉花黄萎病菌的抑菌功能，为人工设计和合成抗病基因提供理论依据和关键技术。.研究获得了6方面的结果：（1）在抗菌肽数据库中，找出潜在抗黄萎病菌的“天然肽”600种，对其进行分析、预测和选择，根据抗菌肽修饰的原理，在保留抗菌核心区基础上，对其进行设计、加工和改造，经人工合成后获得了新型“人工肽”20种。（2）用“人工肽”对长江和黄河流域两大棉区的15种黄萎病菌进行抑菌试验，50%以上的“人工肽”的抑菌效果比“自然肽”更佳；并选出最佳“人工肽”4种（BTD-S、CM-S、D4E1-S和D51-S），它们不但抑菌力强和持久，而且对动物细胞（绵羊血红细胞）无毒性。（3）用农杆菌介导法将“人工肽”基因转化拟南芥和棉花，研究基因在植物细胞中的表达，以及对病菌的抗性，证实转“人工肽”基因的植株不但对黄萎病的抗性有显著提高，而且不影响植株的正常生长与发育。（4）“人工肽”基因的导入，可诱导抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）的提高和活性氧（H2O2，O2-）的降低，以及衰老相关基因（NAP基因家族）表达的改变，从而使植株表现为抗衰老。（5）将GFP基因导入到黄萎病菌中，用该病菌（含GFP基因）接于棉花根系，可在荧光显微镜下观察病菌侵入棉花的过程，为转基因植株的抗性检测提供了更为直观的技术。（6）为了在培养基上筛选出含“人工肽”基因的植物细胞，根据“黄萎病菌分泌的毒素（toxin）损害植物细胞，使植株萎蔫乃至死亡”的病理学原理，我们提取黄萎病菌的毒素，添加在培养基中，用“毒素”筛选抗病细胞（转化细胞），由此建立了一套黄萎病菌“毒素筛选法”培育转基因植株的技术。上述6方面的研究成果，为棉花乃至植物的抗病育种开创了一条新途径。.2012年1月至2015年12月，发表学术论文11篇，出版一本专著，其中SCI论文9篇，具较高影响因子（6.312-3.353）的论文有4篇。