miRNA参与茶树对轮斑病防御的分子机制研究

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茶树主要生长在热带和亚热带地区,温暖、潮湿的气候也有利于各种病原菌的生长和繁殖,容易导致病害发生,进而对茶叶的产量和品质造成不同程度的损失。我国已记载的茶树叶部病害有30余种,其中轮斑病在我国茶区广泛发生,且是造成严重损失的主要叶部病害之一。目前关于轮斑病的研究主要集中在对局部地区的病原菌鉴定,然而由于致病菌的复杂性,不同地区的多样性,仍有许多新种需要鉴定;同时,目前有关miRNA如何参与植物病害诱导防御正成为研究者关注的热点,而有关其在参与茶树与轮斑病侵染引起的防御机制尚不清楚。为此,本研究通过以安徽省茶区的茶树为研究对象,对轮斑病的病原菌进行分离、鉴定和致病性检测;同时利用多组学的手段,揭示轮斑病病原菌侵染茶树叶片后的基因和miRNA差异表达的动态特征,解析其对病原菌侵染下的动态防御分子机制,并对关键miRNA和作用靶基因在茶树抵御轮斑病的过程中的调控作用进行验证。以此一方面补充我国茶树轮斑病病原菌的新种信息,另一方面揭示miRNA参与茶树对轮斑病防御的分子机制,为茶树病害防治和抗病新品种选育提供理论依据。主要研究结果如下:1.轮斑病病原菌的分离和鉴定在安徽省两个茶区的茶园采集具有典型轮斑病症状的茶树叶片中,共分离纯化得到20个菌株。形态学和分子系统进化分析表明,18个菌株属于假拟盘多毛孢属(Pseudopestalotiopsis spp.),其中的14个被鉴定为新种;2个菌株属于新拟盘多毛孢属(Neodopestalotiopsis spp.)。致病性检测结果表明,4个属于假拟盘多毛孢属的菌株的致病性最强,而2个新拟盘多毛孢属的菌株无致病性。选取10个不同茶树品种进行致病性比较发现,茶树品种间对菌株的抗性有明显差异,其中‘黄山单株’的抗性最强。2.miRNA参与茶树对轮斑病侵染诱导的分子机制对轮斑病病原菌侵染后第1、4、7、10和13 d的茶树叶片的转录组、small RNA和降解组测序。基于转录组数据信息,共鉴定到2116个差异基因,其中,病程相关蛋白(PR)在各个时间点都有显著上调表达,与类黄酮合成相关的基因,如苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查尔酮合成酶(CHS)等,只在第4 d显著上调表达;对差异基因的表达模式分析可知,茶树在被轮斑病病原菌侵染的第4 d,其病原相关分子模式(PAMP)诱导的免疫反应(PTI)被激活,在第13 d时,通过招募抗病(R)基因激活效应子诱发的免疫反应(ETI)。基于small RNA和降解组测序,共鉴定到95个差异miRNA,包括72个保守miRNA和23个新miRNA,它们作用靶基因的主要功能与病害防御、次级代谢等功能相关。基于共表达网络、差异miRNA和降解组数据综合分析发现,Csn-miR530b和Csn-miRn211分别剪切两个与病害防御相关的关键基因:乙烯响应因子(ERF96)和类甜蛋白(TLP),并通过5′RLM-RACE和烟草瞬时转化对其剪切功能进行了验证,q RT-PCR分析表明,在轮斑病病原菌侵染过程中,Csn-miR530b和Csn-miRn211分别与其靶基因ERF96和TLP的表达量呈显著负相关。3.Csn-miR477通过靶定Csn-PAL负调控茶树对轮斑病的免疫反应基于前期组学数据发现,茶树被病原菌侵染后,Csn-miR477的表达量较对照显著降低。进一步结合降解组数据发现其靶基因是PAL,并对其剪切进行了5′RLM-RACE验证;q RT-PCR结果表明,Csn-miR477和Csn-PAL在病原菌侵染过程中的表达模式呈负相关;在烟草中的瞬时转化证明,Csn-miR477可以在植物体内调控Csn-PAL的表达。在拟南芥中过表达Csn-miR477发现,转基因植株中的At-PAL的表达量降低,进一步试验发现,转基因植株不仅对病原菌侵染较野生型更敏感,而且比野生型植株的受害程度更严重;此外,与野生型拟南芥相比,转基因植物中的H2O2、O2-和丙二醛(MDA)含量更高,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性偏低。
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