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番茄是世界范围内广泛种植的园艺植物,在其生长发育过程中,常会受到晚疫病的危害,造成巨大的经济损失。因此,挖掘抗病分子,查明其作用机制,进而培育优良的抗病品种是解决问题的关键。Long non-coding RNAs(lncRNAs)作为调控因子参与了植物的很多生物过程,包括生长发育、非生物胁迫响应、抵御病原菌侵染等。目前,在番茄抗晚疫病方面,尚没有lncRNAs参与调控的报道。本研究以高抗和易感晚疫病的番茄为实验材料,通过转录组测序鉴定lncRNAs;再借助过表达和沉默技术分析它们的功能;进而构建lncRNAs与microRNAs(miRNAs)、基因间的调控网络。为揭示番茄抗晚疫病的分子机制提供理论基础。主要得到了以下研究结果。(1)通过对高抗和易感晚疫病的番茄所做的转录组分析,共发现688个lncRNAs的表达水平发生变化,其中的127个可调控128个基因的表达。在4号染色体上有8个lncRNAs位于谷氧还蛋白(GLUTAREDOXIN,GRX)基因簇中,它们都为反义链lncRNAs(antisense lncRNAs),并与番茄 GRXs(Solanum lycopersicum GRXs,SlGRXs)基因构成4个调控模块。lncRNA16397不仅可调控SlGRX21基因的表达,也可促进反义链上SlGRX22基因的表达。过表达lncRNA16397的番茄叶片,SlGRX21和SlGRX22基因的表达水平也都显著提高;接种晚疫病菌后,活性氧的含量显著降低,植株的抗病性显著增强。对过表达SIGRX21基因的番茄叶片接种晚疫病菌后,活性氧的含量显著降低,植株的抗病性显著增强。这些结果表明,番茄的lncRNAs响应病原菌的侵染,其中lncRNA16397可促进SlGRXs基因的表达,清除活性氧,从而提高植株的抗病性。(2)通过对过表达WRKY1基因的番茄所做的转录组分析,阐明番茄中有22个lncRNAs可受WRKY1转录因子的调控;利用酵母单杂交等技术手段,揭示了lncRNA33732的表达可由其启动子区的W-box顺式作用元件与WRKY1转录因子的结合所启动;过表达和沉默lncRNA33732的植株,可分别促进和抑制呼吸爆发氧化酶(RESPIRATORY BURST OXIDASE,RBOH)基因的表达,提高和降低H2O2的量,接种晚疫病菌后,抗病性分别提高和降低;沉默RBOH基因的植株,其H2O2含量及接菌后的抗病性都显著降低。这些结果表明,WRKY1转录因子启动lncRNA33732的表达后,诱导了RBOH基因的表达,促进了 H2O2的生成,从而增强了植株对病菌的抗性。(3)通过对晚疫病菌诱导的番茄的转录组分析,发现了植株中的1,103个基因和196个lncRNAs的表达水平发生变化。5类转录因子家族的35个基因对病原菌有响应;88 个 lncRNAs 作为内源竞争性 RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)可抑制 46个miRNAs的表达。借助降解组测序等手段,鉴定到11个miRNAs可以靶向30个基因。lncRNAs、miRNAs及靶基因构成10个调控模块,其中3个与调控转录因子的水平有关。沉默lncRNA42705、lncRNA08711的植株,都显著提高了 miR159的表达水平,同时抑制了靶基因MYB转录因子的表达;接种病原菌后,病斑直径和病情指数显著降低;抗病性显著增强。这些结果表明,病原菌处理植株后,转录因子参与了防卫反应。lncRNA42705和lncRNA08711通过抑制miR159的积累,提高了 MYB转录因子的表达水平,从而增强植株的抗病性。综上所述,本研究筛选到4个番茄抗晚疫病的关键lncRNAs、鉴定了与它们相互作用的转录因子和miRNAs,并明确了各分子的功能,为揭示番茄抗晚疫病的分子机制提供了理论基础。