黃櫨枯萎病菌微菌核形成相關基因的篩選及其功能分析

《黃櫨枯萎病菌微菌核形成相關基因的篩選及其功能分析》是依託北京林業大學，由王永林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：黃櫨枯萎病菌微菌核形成相關基因的篩選及其功能分析
• 依託單位：北京林業大學
• 項目負責人：王永林
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

黃櫨枯萎病菌產生的微菌核在其生活史、致病過程和病害流行中起著非常重要的作用，是控制黃櫨枯萎病的關鍵和難點。由大麗輪枝菌侵染黃櫨引起的枯萎病已成為影響黃櫨林健康的重大災害，嚴重威脅北京地區生態安全。本項目擬採用RNA-Seq 技術，篩選大麗輪枝菌微菌核形成過程中特異表達的基因，通過生物信息學分析鑑定這些基因的轉錄本結構和編碼產物，明確大麗輪枝菌微菌核形成過程中轉錄組變化的規律；在此基礎上利用大麗輪枝菌遺傳轉化系統，進行大麗輪枝菌微菌核形成過程的功能基因組學研究，分析候選基因在微菌核形成等過程中的作用。其結果將有助於揭示大麗輪枝菌微菌核形成的分子機制，為尋找微菌核形成過程中特異性分子靶標，開發新型殺菌劑，設計新的黃櫨枯萎病防治策略提供新思路和理論指導；並且對輪枝菌所致枯萎病的控制亦有極高的參考價值。

結題摘要

大麗輪枝菌侵染黃櫨引起的枯萎病已成為影響黃櫨林健康的重大災害，嚴重威脅北京地區生態安全。黃櫨枯萎病菌產生的微菌核在其生活史、致病過程和病害流行中起著非常重要的作用，是控制黃櫨枯萎病的關鍵和難點。調控微菌核的數量及其存活狀態對防治病害發揮著重要的作用，能否制定有效地控制技術主要依賴於對微菌核的深刻認識。由於微菌核的形成是一個非常複雜的生物學過程。因此，只有通過系統地篩選微菌核形成過程中相關的基因，分析相關基因的功能，才能揭示微菌核的形成機制。青年科學基金項目緊密圍繞黃櫨枯萎病菌微菌核形成分子機制的科學問題，開展了微菌核形成過程的顯微特徵、微菌核形成過程特異表達基因篩選及轉錄組學和基因功能的研究。 採用二代測序技術獲得了黃櫨枯萎病菌全基因組水平的微菌核形成過程的轉錄組數據，明確了黃櫨枯萎病菌微菌核形成過程的顯微特徵和轉錄組圖譜，揭示了在微菌核形成過程中有600個顯著上調和124個顯著下調的基因，這些基因主要參與分解代謝相關的信號通路，如蛋白質水解、糖類的水解、脂類的水解以及次生代謝產物的生成；研究還發現，90%以上參與蛋白質泛素化和細胞死亡過程相關基因皆上調錶達，表明了細胞代謝途徑和凋亡過程參與了黃櫨枯萎病菌微菌核的形成；黑色素合成相關基因在微菌核形成過程中顯著上調錶達，表達量可以達到對照組的1000倍以上。與其同時，通過建立PEG介導的遺傳轉化系統，獲得表達GFP的菌株，研究了黃櫨枯萎病菌侵染黃櫨根部的細胞學過程，明確了黃櫨枯萎病菌侵染黃櫨的早期互作過程，並且也為下一步突變體致病性分析提供了指導。通過轉錄組測序、比較基因組學和生物信息分析鑑定了黃櫨枯萎病菌HOG1類型的MAPK基因VdHOG1，開展VdHOG1基因的功能研究，VdHOG1突變體產生微菌核的時間滯後且數量顯著下降，另外，突變體在NaCl、山梨醇的脅迫下生長受到抑制，結果表明VdHOG1參與了滲透壓脅迫應答。這些研究進展為揭示黃櫨枯萎病菌微菌核形成的分子機制提供了依據，並為今後開展黃櫨枯萎病菌微菌核功能基因組學研究奠定了基礎。本項目研究成果在理論上將有助於揭示大麗輪枝菌生長發育及致病過程的規律，在實踐中將有助於針對微菌核特異的新型農藥靶標基因的篩選、病害管理策略的設計，從而有效控制輪枝菌枯萎病。