植物与白粉菌互作的分子机理及遗传工程研究

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白粉菌是一类重要的植物专性活体寄生真菌。目前已鉴定出435种白粉菌,有9838种被子植物能够感染白粉病,其中包括多种重要作物。因此,研究植物与白粉菌的相互作用的机理及培育抗白粉病的植物品种具有重大的理论意义和实践价值。植物激素脱落酸(ABA)在植物响应非生物胁迫过程中起着重要的调控作用。近年来虽然有越来越多的研究表明ABA也参与植物与病原微生物的互作,但ABA调控植物抗病反应的具体方式还不十分清楚。  本文以拟南芥与白粉菌的相互作用体系为研究对象,通过对ABA合成缺陷型突变体及信号转导突变体的感病性分析,发现ABA负调控拟南芥对白粉菌的抗性,并且ABA信号识别对其调控抗病反应至关重要,但经典的ABA信号通路不参与该过程。此外,ABA缺失主要是增强了拟南芥对白粉菌的入侵后抗性,且该抗性并不依赖于ROS积累,胼胝质沉积或角质和木栓质的结构改变。进一步研究发现,ABA通过抑制水杨酸(SA)抗病信号通路来负调控拟南芥对白粉菌的抗性。有趣的是,MAPK蛋白激酶MPK3参与ABA/SA的拮抗,而MPK6没有参与该过程。通过遗传工程改良植物对白粉菌的抗性进行了探索。利用TALEN基因组编辑技术对小麦MLO基因进行了定向编辑,并获得了小麦MLO基因的三个拷贝不同组合的突变体材料(MLO单拷贝纯合突变体aa、bb及dd;双拷贝纯合突变体aabb及aadd;三拷贝纯合突变体aabbdd)。通过小麦白粉菌侵染实验,我们发现MLO基因三个拷贝同时突变时,才能获得对小麦白粉菌广谱而持久的抗性。结果表明MLO基因三个拷贝在功能上存在冗余,共同负调控小麦对白粉菌的抗性。该研究为植物白粉病基因功能研究及抗性改良提供了一个全新技术路线。
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