atpA基因在粉红粘帚菌引发番茄广谱抗病性中的角色与信号传导机制研究

Most of plant disease resistance need be primed by different conditions, this kind of defence priming has the important theoretical and practical meaning. A key gene, atpA gene during the investigation of Clonostachys Rosea, a kind of biocontrol fungus and Botrytis Cinerea, a kind of pathogen primed tomato resistance was found.Because C.Rosea has the broad spectrum of disease biocontrol function, we postulated that this gene can have the broad spectrum of disease resistant function.In this study, the response atpA gene to C.Rosea and B.Cinerea interaction, biotic and abiotic stress as well as atpA gene’s characteristics was analyzed, therefore the relationship between atpA gene expression and defence priming was found. By measuring phenotype, physiological and biochemical parameters of transgenic plants of atpA gene overexpression and atpA arabidopsis mutant,the biotic and abiotic resistance ability of atpA gene and its molecular mechanism will be investigated so as to elucidate the diversity of atpA gene’s function. The signal transduction pathway of biotic and abiotic resistance mediated by atpA gene was analyzed by identify the expression of atpA gene in different phytohormone mutant and protein interaction experiment. This study will provide the theoretical basis for elucidating C.Rosea primed tomato resistance and tomato broad spectrum resistance breeding.

植物大多数的抗病性需要外界条件引发，这种防御引发在植物抗病性具有重要的理论和实践意义。本课题组前期在研究生防菌粉红粘帚菌和灰霉病病原菌引发番茄的抗病性中，发现了粉红粘帚菌和灰霉病菌共同引发番茄抗病性的关键基因atpA，由于粉红粘帚菌对病害的防治具有广谱性，我们推测该基因具有广谱的抗病性。本研究旨在通过检测该基因对粉红粘帚菌及灰霉病菌二者互作、生物胁迫和非生物胁迫的响应以及研究atpA基因的特征，发现该基因与抗病抗逆引发的相关性；并通过获得超表达和突变该基因的植物的表型和生理生化参数，研究atpA基因的抗病抗逆能力及分子机理，探讨该基因的广谱性和多样性；同时通过番茄不同激素突变体和互作蛋白鉴定，解析atpA基因介导的抗病抗逆信号传导机制。该研究为粉红粘帚霉诱导番茄抗性机制及番茄广谱抗病抗逆性育种研究提供理论基础和基因材料。

粉红粘帚菌是一种广谱的生防真菌，该真菌具有很好的病害广谱防治能力。粉红粘帚菌防治病害机制之一就是引发了番茄自身的防御反应，本课题组前期发现了粉红粘帚菌和灰霉病菌共同引发番茄抗病性的关键叶绿体atpA基因，由于粉红粘帚菌对病害的防治具有广谱性，我们推测该基因具有广谱的抗病性。在本项目中，通过生物信息学分析、亚细胞定位、组织表达检测，完成atpA基因特征解析，证实该基因受病害、干旱、冷条件的诱导表达，基因定位于叶绿体中；通过构建过表达atpA基因的番茄、烟草和拟南芥植株以及获得atpA拟南芥突变体，证实atpA基因具有抗灰霉病、叶霉病、叶斑病Pst3000以及干旱、盐、低温等胁迫的能力，并通过相关生理生化指标如Ca2+、H+流速变化分析、ATP含量变化、光合作用参数、ROS相关基因及抗病相关基因表达检测分析其抗性机制；利用粉红粘帚菌和灰霉病病原菌共同处理番茄不同激素（JA、SA、乙烯、 GA）突变体，检测番茄 atpA 基因的表达情况和第二信使、保护酶及抗病能力的变化情况，阐明这些激素在植物防御引发中的角色和与 atpA 基因之间的上下游关系；通过酵母双杂交、pull down、双分子荧光互补等技术完成了atpA互作蛋白的筛选和鉴定，证实了atpA与R基因伴侣蛋白HSP90、SGT1b、RAR1的互作，阐明了atpA调控植物抗病性的蛋白互作机制；通过对atpA互作后R基因表达的检测以及病原菌处理后的atpA转录组分析，为明确其介导的番茄防御引发过程的信号传导通路奠定理论基础。项目还对atpA互作的atpB基因进行了过表达和突变研究，证实了atpB基因也具有抗病能力，为进一步解析atpA与atpB在抗病中的关系奠定了理论基础。通过本项目的研究，阐明atpA基因的广谱抗病能力以及其调控植物抗病性的分子机制，为进一步改造植物特别是番茄的广谱抗病性提供了理论依据和基因材料。