小麦叶锈菌几丁质脱乙酰酶基因家族功能分析

Wheat leaf rust caused by Puccinia triticina (Pt) is one of the most devastating disease in wheat worldwide. With regard to the “resistance lost” of wheat cultivars, understanding the molecular basis of the Pt pathogenicity to wheat provide novel strategies and methods for durable control of wheat leaf rust. In this project, we focused on Pt cell wall metabolism gene - chitin deacetylase (CDA) gene family. We will analyze the inter-species polymorphism of CDA family and analyze the spatial and temporal characteristics in compatible interaction to select the key CDAs during wheat-Pt interaction. Then we will analyze the roles of key CDAs in Pt pathogenicity and interaction with wheat by host induced gene silencing and identify its corresponding host target by yeast two hybrid system. Collectively, these results will provide theoretical basis for deeply exploring the mechanism of Pt pathogenicity, which will lay the foundation for establishing strategies for durable control wheat leaf rust.

小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是危害小麦生产的重要病害。叶锈菌毒性变异速度快，小麦品种抗性“丧失”导致病害频繁爆发。为了持久控制叶锈病、确保粮食安全必须重视小麦叶锈菌致病机理的基础研究，探索防控叶锈病的新思路。本研究以叶锈菌细胞壁代谢基因-几丁质去乙酰化酶基因家族为研究对象，克隆并分析叶锈菌几丁质去乙酰化酶基因家族的基本特征，分析叶锈菌几丁质去乙酰化酶基因家族在叶锈菌侵染小麦过程中的时空表达模式。利用病毒诱导的基因沉默技术分析关键的几丁质去乙酰化酶基因在叶锈菌发育、致病性以及在与寄主小麦互作过程中发挥的功能并利用酵母双杂交筛选小麦中的互作靶标，初步探索其互作机理。研究以期揭示叶锈菌致病性的分子机理，为小麦叶锈病的持久控制提供理论依据。

小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是危害小麦生产的重要病害。叶锈菌毒性变异速度快，小麦品种抗性“丧失”导致病害频繁爆发。为了持久控制叶锈病、确保粮食安全必须重视小麦叶锈菌致病机理的基础研究，探索防控叶锈病的新思路。本研究以叶锈菌细胞壁代谢基因-几丁质去乙酰化酶基因家族为研究对象，克隆并分析叶锈菌几丁质去乙酰化酶基因家族的基本特征，分析叶锈菌几丁质去乙酰化酶基因家族在叶锈菌侵染小麦过程中的时空表达模式。PTTG_02142，、PTTG_02997、PTTG_28168在侵染后期72h及168h表达明显增加； PTTG_00068、PTTG_04785、PTTG_00917、PTTG_00916在侵染初期诱导表达，随后表达水平逐渐下降，并于产孢期诱导表达； PTTG_04155在侵染过程中抑制表达，在侵染后48h表达量最低； PTTG_08059仅在侵染后48h及产孢阶段有两次表达量上升。利用BSMV介导的寄主诱导的病菌基因沉默技术，对家族基因进行沉默。沉默后接种叶锈菌，与对照相比，沉默PTTG_04785后产孢密度显著降低。组织学观察发现沉默PTTG_04785后接种后48h其菌丝长度显著变短，接种后120h侵染面积显著减小。研究结果表明PTTG_04785基因参与了小麦叶锈菌的致病性。利用酵母双杂交筛选其互作靶标，初步筛选获得5个可能的互作靶标。对其中一个靶标进行酵母双杂交验证显示为不互作。研究为揭示叶锈菌致病性的分子机理，为小麦叶锈病的持久控制提供理论依据。