番茄转录因子JA5负向调控灰霉病抗性反应的分子机制

It is believed that the activation of the jasmonate (JA) signaling pathway is required for resistance against necrotrophic pathogens. We have focused on studying JA-mediated plant immunity to necrotrophic pathogens using tomato-Botrytis cinerea interaction as a model experimental system. A wealth of evidence indicates that MYC2, the master regulator of JA pathway, positively regulates tomato resistance against Botrytis cinerea. We identified the transcription factor JA5 as a new player negatively regulating JA-mediated tomato resistance against Botrytis cinerea. In this application, we propose to elucidate the action mechanism of JA5 in negatively regulating JA-mediated defense to Botrytis cinerea using a functional genomics strategy, which promises to shed new light on our understanding of plant immunity to necrotrophic pathogens. We will also employ the CRISPR/Cas9-mediated gene editing system to yield a JA5-knock out tomato line, which would be more resistant against Botrytis cinerea and a promising material for breeding gray-mold resistant cultivars.

植物激素茉莉酸在有效防御腐生型病原菌的侵害过程中发挥重要作用。我们实验室长期以番茄和灰霉病致病菌Botrytis cinerea的相互作用为模式研究茉莉酸介导的植物对腐生型病原菌的防御机制。一系列证据表明，茉莉酸途径核心转录因子MYC2正向调控番茄对灰霉病的抗性反应。在前期的探索性研究中，我们鉴定到一个茉莉酸信号途径中与MYC2平行的负向调控灰霉病抗性反应的转录因子JA5。本申请将采用功能基因组学的研究思路，系统解析JA5负向调控茉莉酸介导的番茄对灰霉病抗性反应的作用机理，为阐明植物对腐生型病原菌抗性反应的分子机制提供原创性的知识积累。此外，针对栽培番茄中尚没有高抗灰霉病的抗源这一现状，我们拟采用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术对JA5进行基因敲除，以期创制高抗灰霉病的番茄新种质，为培育番茄抗灰霉病新品种奠定材料基础。

腐生型病原真菌Botrytis cinerea可使200多种寄主植物产生灰霉病。该病原菌能侵染寄主植物的果实、花器、茎秆、叶片等不同组织，是一种常见且较难防治的农业病害。番茄是B.cinerea的主要寄主之一，番茄灰霉病对番茄生产造成极大危害。研究栽培番茄自身的抗性机制对于培育抗灰霉病新品种显得尤为重要。植物激素茉莉酸在调控植物对B.cinerea的防御反应中起重要作用。我们前期的研究表明，番茄茉莉酸信号途径中的核心转录因子MYC2通过正向调控伤害响应(wound-responsive)和病原相关(pathogen-related)两类抗性基因的表达实现番茄对B.cinerea的有效防御。本项目围绕茉莉酸途径中的另一个转录因子JA5调控灰霉病抗性反应的作用展开研究。我们明确了JA5负向调控灰霉病抗性的作用，阐明了JA5与茉莉酸途径核心转录因子MYC2的关系，并最终解析了JA5发挥负向调控作用的分子机理。我们发现JA5发挥负向调控作用的机理表现为以下三方面：a. JA5可与转录抑制子JAZ互作，但不能与转录激活子MED25互作，说明MTB1只能作为转录抑制因子发挥作用。b. JA5可以干扰MY2与转录激活子MED25的互作，即干扰MY2对靶标基因的激活。c. JA5干扰MY2与靶标基因启动子的结合。在此基础上，针对栽培番茄中尚没有高抗灰霉病的抗源这一现状，我们采用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，创制了JA5基因敲除的番茄新种质，为培育番茄抗灰霉病新品种奠定了材料基础。本项目的实施为阐明植物对腐生型病原菌抗性反应的分子机制提供原创性的知识积累。通过项目的实施，发表论文4篇，其中SCI收录3篇，影响因子分别为9.618，9.618和6.141；申请专利2项，培养博士研究生1人，职称晋升1人，圆满并超额完成了项目任务。相关研究结果受到国际著名期刊《Plant cell》和《Trends in Plant Science》的重点评述。