乙烯信号在桃对流胶病病原菌的抗病防御反应中的作用研究

Ethylene is a major constituent of the blend of defense signals that is produced during many plant-attacker interactions and functions as an important modulator of plant resistance and defense responses. It can act both positively and negatively on plant immunity, which varies among different types of plant-pathogen interactions. Our previous study analyzed the effect of ethylene treatment on the peach gummosis and found its dual roles in the peach-fungus interactions. Gum Formation was promoted by ethephon treatment prior to pathogen inoculation but inhibited by ethephon applied after the pathogen, implying ethylene signaling may play a prominent role in the peach resistance to gummosis disease. In the present study, the signaling pathway and its functions in resistance response of peach to Botryosphaeria spp. infection was further investigated. With the whole-genome gene digging, expression profile analysis, western hybridization, complementation tests in Arabidopsis mutants, the crucial genes in the pathway which was induced by gummosis disease and related with disease responses was screened and functionally characterized. The study will help to elucidate how ethylene signal mediate the resistance and defense response of peach to gummosis fungi, and lay the foundation for the disease control and resistant germplasm breeding.

乙烯作为植物与病原菌互作过程中的一个信使分子，在植物的抗病防御反应中起着重要的调节作用，且其作用效应因植物和病原互作类型不同存在明显差异。我们前期研究发现乙烯在桃与流胶病病原菌互作过程中扮演着双重角色，接种前外源乙烯处理降低了桃对流胶病病原菌的抗性，促进了流胶的形成，接种后处理则对流胶具有明显的抑制作用，表明乙烯介导的信号转导途径参与了桃对流胶病病原菌的抗性反应，且作用机制独特。本项目拟在前期研究基础上，对桃乙烯信号转导途径及其在桃对流胶病病原菌抗性形成中的作用进行深入解析，通过全基因组水平基因挖掘、表达谱分析、western杂交、拟南芥突变体功能互补、异位表达等技术，筛选出受流胶病病原菌诱导、参与抗性反应的重要乙烯信号转导元件基因，解析其生物学功能及调控机理，以期阐明乙烯在桃对流胶病病原菌的抗病防御反应中的作用机制，为病害防治和抗性育种提供重要理论依据。

桃流胶病是桃树的主要病害之一。已有研究报道，葡萄座腔菌属（Botryosphaeria spp.）真菌是引起桃流胶病的病原菌。乙烯作为植物与病原菌互作过程中的一个信使分子，在植物的抗病防御反应中起着重要的调节作用。本项目在前期研究基础上，对桃乙烯信号转导途径及其在桃对流胶病病原菌抗性形成中的作用进行深入解析，通过全基因组水平基因挖掘，筛选出受流胶病病原菌诱导、参与抗性反应的重要乙烯信号转导元件基因，解析其生物学功能及调控机理。主要结果如下：.1. 外源乙烯和1-MCP处理对桃病原性流胶病发病的影响.接种病原菌前用乙烯利处理可以促进桃流胶病的发生，而接种病原菌后用乙烯利处理可以抑制病害发生，乙烯利在调控桃流胶形成过程中具有双重作用。.2.桃枝条响应Lasiodiplodia theobromae 侵染的基因表达变化.利用RNA-Seq，研究了桃枝条响应L. theobromae侵染后的基因表达变化。RNA-Seq分析结果表明，L. theobromae侵染后诱导桃枝条组织的衰老和一系列防御反应，促进新的多糖合成并抑制一些多糖的降解。RNA-Seq共检出20772个基因，其中4231、3750、3453和3612个基因分别在接种后12 h、24 h、48 h和60 h时差异表达。共差异表达基因为920个，其中515个上调表达，405个下调表达。.3.桃枝条接种流胶病病原菌Lasiodiplodia theobromae 后的乙烯释放速率及乙烯合成和信号途径上关键基因的差异表达模式.（1）桃枝条接种流胶病病原菌后的乙烯释放速率.三个不同抗性的桃品种枝条接种流胶病原菌后，都迅速释放乙烯，并在12h达到释放高峰，可见桃枝条在流胶病病原菌侵染后释放乙烯是一个共同特征。.（2）乙烯合成途径上的关键基因表达量.检测了桃枝条被病原菌侵染后乙烯合成关键基因PpACS1, PpACO1的转录水平，它们在6h均显著上调表达，12h达到高峰，与乙烯释放规律吻合。PpACO1在三个品种受病原菌诱导的转录水平与植株的抗病性成正相关。.（3）乙烯信号途径上的关键基因表达量.对桃枝条在病原菌侵染后PpEIN3、PpERFs、PpPRs等基因的表达模式进行研究，其中不同品种的PpPRs的表达强度和表达时间与抗病性正相关。这表明乙烯信号在桃对流胶病病原菌的抗病防御反应中具有重要作用。