小麦感白粉病基因TaMLO-B1互作蛋白TaANKs的功能解析

Wheat powdery mildew, caused by Blumeria graminis f. sp. Tritici, is a destructive disease of wheat and seriously affects the yield and quality of wheat. Recent research suggests that mutation or silence of susceptible or negatively regulate genes in plants can provide the host broad-spectrum resistance to pathogens. At present, although there are many studies on wheat powdery mildew susceptibility gene TaMLO, its mechanism is still unclear. Based on the previous researches of TaMLO, we using the TaMLO-B1 protein as a prey to screening the yeast two-hybrid library, the negatively regulate powdery mildew resistance genes, TaANKs were cloned. Based on the above results, we propose to systematically verify the interaction relationship and location of TaMLO-B1 and TaANKs; cloning and detection the promoter activity of TaANKs and test its response to powdery mildew induction; obtain the stable over-expression and silencing wheat transgenic lines of TaANKs to analysis the function and mechanism; meanwhile, elucidating the role of TaANKs in TaMLO-mediated susceptibility to wheat powdery mildew. This study would enrich the research on the susceptibility mechanism of TaMLO, provide new genetic resources for disease resistance breeding, and develop powdery mildew resistance germplasm resources through genetic engineering breeding technology.

小麦白粉病是由小麦白粉菌侵染引起的真菌性病害，严重影响小麦的产量和品质。研究表明突变、沉默感病或者负调控基因能使寄主获得对病原菌的广谱抗性。目前对小麦感白粉病基因TaMLO虽然有了较多的研究，但其作用机制还不清晰。基于对TaMLO前期研究的工作基础，申请人以感白粉病基因TaMLO-B1蛋白为诱饵，通过酵母双杂交技术筛选并克隆了经初步功能验证负调控小麦白粉病抗性的基因TaANKs，本项目拟在此基础上系统的验证TaMLO-B1与TaANKs的互作关系及互作位置；克隆并检测TaANKs基因的启动子活性及其能否响应白粉菌诱导；获得稳定的超表达和RNAi沉默TaANKs的小麦转基因材料，以验证TaANKs基因功能、解析其作用机制，并阐释TaANKs在TaMLO介导的对小麦白粉病感病性中的作用。研究结果可丰富TaMLO的感病机制研究，为抗病育种提供新的基因资源，并通过基因工程技术创制抗白粉病种质资源。

小麦白粉病是一种世界性真菌病害。挖掘在小麦白粉病抗性中发挥重要作用的基因有助于小麦持久广谱抗病育种。mlo介导的抗病性在单、双子叶植物中普遍存在，在不同物种中MLO基因对于白粉菌入侵防御的抑制作用是保守的。本项目利用酵母双杂、双分子荧光互补、病毒诱导的基因沉默、小麦转基因及基因家族全基因组鉴定等技术进行系列研究，得到以下结果：1）TaMLO-B1与TaANK及TaPAP蛋白在酵母和烟草叶片细胞中均存在互作关系，表明TaANK和TaPAP基因可能在TaMLO基因介导的小麦感白粉病中发挥作用。2）TaANK亚细胞定位表明TaANK蛋白位于细胞膜上，双分子互补实验表明TaMLO-B1与TaANK蛋白在烟草细胞中互作的位置发生在细胞膜。3）VIGS和RNAi实验表明TaANK和TaPAP负向调控小麦白粉病抗性。4）表达分析表明TaANK在感白粉病材料百农207中受白粉菌和水杨酸诱导后上调表达；在抗赤霉病材料苏麦3号中受赤霉菌诱导后显著上调表达。表明TaANK基因可能在调控小麦白粉病和赤霉病抗性中发挥不同的作用。5）ANKTM是ANK超家族中数量最多的一个亚家族，在抵御病原菌侵染中发挥重要作用。本项目利用全基因组鉴定分析在5个麦类作物和拟南芥中共鉴定出381个ANKTM基因，并分为5个亚组。在5个亚组中Class a只包含来自麦类的ANKTM，而且该亚组中小麦的基因数量远超预期。6）串联重复分析表明在乌拉尔图小麦，野生二粒小麦及普通小麦进化过程中均经历了串联重复事件，而且在小麦中串联重复产生的基因均位于Class a。这表明不仅多倍体化引起ANKTM基因数量的增加，串联重复也是基因扩张的一种主要方式。7）微共线性分析表明，一些ANKTM基因在进化过程中进化为其他类型的ANK基因。8）转录组数据表明位于Class d和Class e中的ANKTM基因大部分都有表达。qRT-PCR实验表明一些位于Class d和Class e的ANKTM基因能够响应白粉菌诱导。9）利用VIGS技术沉默TaANKTM2A-5基因能够削弱AK58对小麦白粉病的抗性。本项目不仅帮助理解ANKTM基因的进化历程，并为在ANK基因家族中筛选抗性相关基因打下基础，同时为抗病育种提供了新的基因资源。