番茄JAZ7调控根结线虫抗性生物学机制的研究

Long-term continuous cropping in facility agriculture leads to severe root knot nematode disease. Due to the high toxicity, high residue level, and the risk of environmental and food safety, the application of chemical pesticide is limited in China. It is an efficient way that utilization of innate immunity system of plants defense root knot nematode (RKN), attracting more researchers attention. Our previous research suggests that JAZ7 positively regulates the resistance of RKN. In the present study, we attempt to analyze the resisting approach of RKN in different tomato plants through paraffin section combining with scanning electron microscope (SEM), coupled liquid chromatography–gas chromatography–mass spectrometry (LC/GC-MS), and the number count of RKN in different development stages. On the other hand, we identify the interacting protein of JAZ7 via high-throughput Y2H screen and firefly luciferase complementation imaging assay (LCI). Further, we excavate the downstream targets of interacting protein through chromatin immunoprecipitation coupled with massively parallel sequencing (ChIP-seq), yeast one hybrid (Y1H), electrophoretic mobility shift assay (EMSA), and verified the function of targets via Virus-induced gene silencing (VIGS), which illustrates the molecular mechanism of JAZ7-mediating RKN resistance. The elucidation of these problems will illuminate the natural immune system of RKN resistance modulated by jasmonate acid (JA) and provide the theoretical basis for the improvement of genetic breeding.

设施农业长期连作重茬栽培导致番茄根结线虫病越来越严重。生产中普遍采用的化学防治等方法，存在高毒、高残留及污染环境，危害食品安全等问题。通过植物的先天免疫系统抵御根结线虫病的发生，越来越成为一种引人关注的、绿色环保的有效途径。我们前期研究发现，茉莉酸信号通路JAZ7正调控番茄对根结线虫的抗性。本研究拟一方面通过石蜡切片显微观察线虫与番茄根系的互作、高效液（气）相色谱分析根系分泌物成分、冻融法计数线虫发育受阻阶段等手段，分析不同番茄株系对根结线虫的抗性机制；另一方面，通过酵母双杂交文库筛选JAZ7的互作蛋白，并结合萤火虫荧光素酶互补技术（LCI）验证。利用ChIP-seq、酵母单杂及EMSA技术挖掘互作蛋白调控的下游靶基因，并通过VIGS验证靶基因的功能，从分子层面阐释JAZ7调控根结线虫抗性的机理。最终通过上述两方面系统地了解植物对根结线虫的先天免疫调控机制，在番茄抗性育种方面起到推动作用。

番茄是我国设施内栽培面积最大的蔬菜作物，连作导致根结线虫病发生严重。化学杀线虫剂是生产中常用的防治根结线虫的药剂之一，其高毒、高残留严重影响生态安全和食品安全。研究植物免疫系统对病虫害的防御机制，可以为番茄抗性育种提供理论基础。通过分析番茄JAZ基因家族表达模式，推测番茄JAZ7基因（SlJAZ7）参与番茄对南方根结线虫的抗性调控。反向遗传学试验证实，过表达JAZ7基因番茄中根结线虫的发育受抑制，根结总数的减少。酵母双杂交文库筛选出与番茄JAZ7互作的硫氧还蛋白（TRXz），LCI、Co-IP技术验证了两者之间的互作。亚细胞定位和BiFC证明两者互作于细胞核。同时，通过酵母双杂交鉴定了两者的互作结构域。与对照相比，线虫入侵JAZ过表达和TRXz沉默番茄株系，根尖部位ROS含量和细胞死亡程度明显增加，根结总数的显著减少。综上，我们认为JAZ7与TRXz互作抑制了其清除活性氧的能力，导致ROS的上升，从而致使细胞死亡，进而导致了番茄对根结线虫的抗性提升。. 植物JAZ基因家族是茉莉酸信号通路中的转录因子抑制子，其与转录因子互作并抑制其活性。然而，我们报道的JAZ7与活性氧清除系统中的TRXz互作，尚属首例。这对我们全面地了解JAZ蛋白的功能有很大的帮助。同时，TRX蛋白家族影响植物对根结线虫的抗性的研究也未见报道。该研究结果，有助于我们了解JAZ7调控的番茄对根结线虫的抗性机制，可为番茄的抗性育种提供理论基础，从而减少农药使用，促进农业可持续发展奠定基础。