木薯抗枯萎病种质创新及抗病分子机理研究

Cassava (Manihot esculenta Crantz) is a major root crop widely grown in Guangxi province. Cassava bacterial blight, caused by Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), is an important disease in cassava production, resulting in significant yield losses. The preferred control method is the use of resistant cultivars. The main obstacles in cassava breeding for the disease resistance is the weak bases in the study of molecular mechanism of disease resistance and the lack of germplasm resources. In this project, 3 mutants with high resistance to bacterial blight obtained from chemical mutagenesis previously, will be used as material; cassava resistant resources innovation, resistance gene discovery and molecular mechanism of disease resistance will be studied using RNA sequencing (RNA-Seq), RT-PCR, and agrobacterium mediated transgenic technology. The aims of this project are as follows: 1) to identify 2-3 candidate genes associated with resistance to Cassava bacterial blight; 2) the function of candidate genes will be verified using transgenic technology, and the molecular mechanism of resistance to Cassava bacterial blight in transgenic plant will be explored; and 3) based on the polymorphisms of candidate genes, functional markers will be developed and validated. These results will lay a good foundation for cassava breeding targeting for the improvement of bacterial blight resistance.

木薯是重要的新能源作物，在广西大面积种植。木薯枯萎病是木薯生产上的重要病害，选育抗病品种是解决病菌为害的有效途径。在木薯抗病育种中存在的主要障碍是抗病资源匮乏及抗病分子机理研究薄弱。本项目拟以化学诱变选出的3个抗木薯枯萎病突变体为材料，采用转录组测序（RNA-Seq）、RT-PCR、农杆菌介导的转基因等技术进行木薯抗病资源创新、抗病基因发掘及抗病分子机制探讨研究，实现以下目标：（1）发掘抗枯萎病的候选基因2-3个；（2）利用转基因技术对抗病候选基因进行功能验证，并探讨枯萎病抗性的分子机理；（3）根据所发掘的抗病基因，开发基因的功能标记，并进行有效性验证。这些研究结果将为木薯抗病育种奠定基础。

枯萎病是木薯生产上的重要病害,研究木薯响应病菌侵染分子机制对抗病育种研究具有一定意义。项目以木薯抗枯萎病品种系桂热6号为对象（对照感病品系桂热4），采用转录组测序（RNA-seq）、农杆菌介导等技术进行了木薯抗病基因发掘及抗病分子机制探讨，研究结果如下：.1、建立了木薯抗病离体鉴定方法；.2、运用 RNA-seq 技术，对枯萎病病原菌侵染后第4、8天抗感木薯品系叶片转录组进行高通量测序，通过 qRT-PCR 验证、基因功能注释等，分析结果如下。.2.1桂热6号病菌侵染第4、8天差异表达基因共419个，|log2 Ratio|≥10 的基因 74 个（上调22个，下调52个）。.2.2桂热6号GO 分析发现：.细胞组分在病菌侵染后第4天，有149个基因差异表达，显著富集在 12 条 GO-term 中；病菌侵染后第8天，有75个基因差异表达，显著富集在 10 条 GO-term 中。二个时期涉及细胞组分主要有高尔基体、质体、细胞外区、质体组件、类囊体、质体类囊体、光合作用膜、叶绿体、质膜、细胞器包膜、质体间质等。 . 分子功能在病菌侵染后第4天，有 291个基因差异表达，显著富集在33条 GO-term 中；病菌侵染后第8天，有88个基因差异表达，显著富集在20条 GO-term 中。. 生物学过程 在病菌侵染后第4、8天差异表达基因显著富集在124 条 GO-term 与132条 GO-term 中。二个时期主要包括酮酸代谢过程、有机酸代谢过程、碳水化学物代谢、响应渗透压、色素积累及色素对UV的反应、脂代谢、羧酸代谢过程、激素调节与运转、多糖与双糖代谢。.3.桂热6号不同发病阶段KEGG分析发现了抗枯萎菌相关关键代谢通路5个：苯丙烷合成、柠檬酸循环、戊糖磷酸途径、植物病原相互作用通道、植物激素信号传送。这些途径中咖啡酸3-O-甲基转移酶、细胞色素 P450合成基因、富马酸水合酶、ATP柠檬酸合成酶α链蛋白2、丙酮酸脱氢酶E1成分亚单位、果糖-1,6-二磷酸酶、果糖二磷酸醛缩酶等关健性酶与蛋白质编码基因的上调对木薯的抗病性提高有一定作用。 .3. 2个抗病候选基因转入烟草，转基因烟草F1、F2代对烟草枯萎病与烟草花叶病毒具有一定的抗性。.4.开发抗病基因的功能标记3个。