黄栌枯萎病菌微菌核形成相关基因的筛选及其功能分析

黄栌枯萎病菌产生的微菌核在其生活史、致病过程和病害流行中起着非常重要的作用，是控制黄栌枯萎病的关键和难点。由大丽轮枝菌侵染黄栌引起的枯萎病已成为影响黄栌林健康的重大灾害，严重威胁北京地区生态安全。本项目拟采用RNA-Seq 技术，筛选大丽轮枝菌微菌核形成过程中特异表达的基因，通过生物信息学分析鉴定这些基因的转录本结构和编码产物，明确大丽轮枝菌微菌核形成过程中转录组变化的规律；在此基础上利用大丽轮枝菌遗传转化系统，进行大丽轮枝菌微菌核形成过程的功能基因组学研究，分析候选基因在微菌核形成等过程中的作用。其结果将有助于揭示大丽轮枝菌微菌核形成的分子机制，为寻找微菌核形成过程中特异性分子靶标，开发新型杀菌剂，设计新的黄栌枯萎病防治策略提供新思路和理论指导；并且对轮枝菌所致枯萎病的控制亦有极高的参考价值。

大丽轮枝菌侵染黄栌引起的枯萎病已成为影响黄栌林健康的重大灾害，严重威胁北京地区生态安全。黄栌枯萎病菌产生的微菌核在其生活史、致病过程和病害流行中起着非常重要的作用，是控制黄栌枯萎病的关键和难点。调控微菌核的数量及其存活状态对防治病害发挥着重要的作用，能否制定有效地控制技术主要依赖于对微菌核的深刻认识。由于微菌核的形成是一个非常复杂的生物学过程。因此，只有通过系统地筛选微菌核形成过程中相关的基因，分析相关基因的功能，才能揭示微菌核的形成机制。青年科学基金项目紧密围绕黄栌枯萎病菌微菌核形成分子机制的科学问题，开展了微菌核形成过程的显微特征、微菌核形成过程特异表达基因筛选及转录组学和基因功能的研究。.采用二代测序技术获得了黄栌枯萎病菌全基因组水平的微菌核形成过程的转录组数据，明确了黄栌枯萎病菌微菌核形成过程的显微特征和转录组图谱，揭示了在微菌核形成过程中有600个显著上调和124个显著下调的基因，这些基因主要参与分解代谢相关的信号通路，如蛋白质水解、糖类的水解、脂类的水解以及次生代谢产物的生成；研究还发现，90%以上参与蛋白质泛素化和细胞死亡过程相关基因皆上调表达，表明了细胞代谢途径和凋亡过程参与了黄栌枯萎病菌微菌核的形成；黑色素合成相关基因在微菌核形成过程中显著上调表达，表达量可以达到对照组的1000倍以上。与其同时，通过建立PEG介导的遗传转化系统，获得表达GFP的菌株，研究了黄栌枯萎病菌侵染黄栌根部的细胞学过程，明确了黄栌枯萎病菌侵染黄栌的早期互作过程，并且也为下一步突变体致病性分析提供了指导。通过转录组测序、比较基因组学和生物信息分析鉴定了黄栌枯萎病菌HOG1类型的MAPK基因VdHOG1，开展VdHOG1基因的功能研究，VdHOG1突变体产生微菌核的时间滞后且数量显著下降，另外，突变体在NaCl、山梨醇的胁迫下生长受到抑制，结果表明VdHOG1参与了渗透压胁迫应答。这些研究进展为揭示黄栌枯萎病菌微菌核形成的分子机制提供了依据，并为今后开展黄栌枯萎病菌微菌核功能基因组学研究奠定了基础。本项目研究成果在理论上将有助于揭示大丽轮枝菌生长发育及致病过程的规律，在实践中将有助于针对微菌核特异的新型农药靶标基因的筛选、病害管理策略的设计，从而有效控制轮枝菌枯萎病。