桑树韧皮部汁液响应植原体侵染的转录组学和蛋白质组学整合分析

植原体病害是世界性植物病害，桑树黄化型萎缩病是由植原体引起的毁灭性病害，目前关于桑树响应植原体侵染的分子机制仍不清楚。桑树对植原体侵染的响应机制涉及到一系列基因的差异表达，形成了复杂的基因表达调控网络。利用转录组学和差异蛋白质组学策略，对桑树韧皮部汁液响应植原体侵染的RNA和蛋白进行整合研究，有利于分析桑树黄化型萎缩病发生的分子机制。本课题拟将桑树对植原体侵染的响应机制与遗传基因、蛋白质组的多态性有机结合起来，利用高通量转录组学和差异蛋白质组学分析技术对桑树响应植原体侵染过程中的韧皮部汁液基因表达谱和蛋白表达谱进行整合分析，鉴定出桑树韧皮部汁液响应植原体侵染的基因和蛋白，并对其功能进行研究，以期建立桑树响应植原体侵染的基因表达调控网络，从分子水平上揭示桑树对植原体侵染的响应机制，为桑树功能基因组学的研究奠定基础，同时为桑树的抗病育种和桑树黄化型萎缩病及其它植原体病害的防治研究提供参考。

植原体病害是世界性植物病害，桑树黄化型萎缩病是由植原体引起的毁灭性病害，目前关于桑树响应植原体侵染的分子机制仍不清楚。桑树对植原体侵染的响应机制涉及到一系列基因的差异表达，形成了复杂的基因表达调控网络。本课题首次构建了一个具有参考价值的桑树叶片转录组数据库，为桑树功能基因组的研究奠定了基础。在此基础上，利用Solexa高通量测序技术，对桑树韧皮部汁液响应植原体侵染的mRNAs表达谱进行了研究，鉴定了2074个差异表达基因，其中病桑中上调基因945个，下调基因1129个。同时，采用iTRAQ定量蛋白质组学技术，对桑树韧皮部汁液响应植原体侵染的蛋白质组表达谱进行了研究，鉴定到711种蛋白，构建了一个具有参考价值的桑树韧皮部汁液蛋白库，鉴定了311种差异表达蛋白。整合对桑树韧皮部汁液mRNA表达谱和蛋白质组的分析，发现差异表达基因和蛋白涉及30多个代谢通路，表明桑树对植原体的响应是一个复杂的代谢调控网络，这些差异蛋白和基因的鉴定，及对其代谢调控网络的分析为从分子水平上全面揭示桑树黄化型萎缩病的发病机制奠定了基础；整合对桑树韧皮部汁液表达谱和蛋白质组的分析结果，克隆了在发病植株韧皮部汁液中mRNA和蛋白水平都明显升高的病程相关蛋白基因PR1-a和韧皮部丰富蛋白基因MLX56的全长cDNA，构建了其植物表达载体，并在拟南芥中成功表达，通过媒介昆虫接种植原体，发现转基因植株具有较好的抗性，为桑树抗黄化型萎缩病育种提供了候选基因，也为其他植物的抗性育种提供了参考。为更好的研究这两种基因的表达调控机制，又对其启动子进行了克隆，并对其表达特性进行了分析，构建了新型的病原诱导型和韧皮部特异表达的植物表达载体，为揭示桑树对植原体的响应机制，以及桑树功能基因组学的研究和桑树反应器的建立奠定了基础。另外，本课题还对PR1-4、病程相关基因非表达子1基因NPR1和NPR4基因进行了克隆，并对其生物信息学进行了分析，为深入研究其生物学功能奠定了基础。在完成研究计划内容的基础上，我们还对植原体侵染对桑树叶片和汁液的代谢组影响进行了分析，从代谢组层面上分析了桑树萎缩病发生的分子机制，结合桑树韧皮部汁液mRNA和蛋白组的表达差异分析，从mRNA、蛋白组和代谢组三个层面上综合分析了桑树萎缩病发病的分子机制，为全面揭示桑树萎缩病的发病机制奠定了基础，同时为其他植原体病害发病机制的研究提供了参考。