油菜PEP的抗病激发功能及其应用技术探索

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由核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)引起的菌核病是油料作物第一大病害,每年导致严重减产,是油料作物生产的重要问题。PEP(plant elicitor peptide)是近年来新发现的抗病激发短肽,是一类DAMP(damage-associated molecular pattern),能够触发植物免疫反应,使植物表现抗病性。但PEP能否用于十字花科作物病害的防控尚不清楚。本研究鉴定了油菜PEP家族,对其抗病激发功能及作用机制进行了系统分析,并对其在油菜菌核病防控中的应用技术进行探索。获得的主要结果如下:(1)鉴定明确了油菜PEP(BnPep)家族,验证了部分BnPeps的抗病激发功能。油菜基因组包含34条PEP序列和6条PEPR(PEP receptor)序列。与拟南芥相比,PEP6和PEPR2在油菜中得到明显扩增。BnPeps前体BnPROPEPs基因对核盘菌接种和核盘菌致病因子草酸处理均有显著差异表达响应,但部分BnPROPEPs基因对两种刺激的响应趋势不同。合成的成熟肽BnPep4和BnPep5(100 nM)能激发多种十字花科作物(油菜、芥菜、青菜、甘蓝)产生对核盘菌的抗性。另外,油菜BnPep5超表达(BnPep5-OE)转基因植株对核盘菌的抗性显著增强。(2)揭示了BnPeps通过CAMTA3-SARD1模块途径和刺激活性氧积累激发抗病功能的机制。人工合成BnPeps肽在油菜和芥菜中均激发活性氧积累,其中BnPep4和BnPep5的活性氧激发活性最强。拟南芥突变体分析结果显示,PEP激发活性氧依赖RBOHD和ROBHF,并受DELT4和RIPK影响。钙信号通路模块CAMTA3-SARD1参与调控PEP肽激发活性氧,从而影响PEP的抗病激发功能。另外,核盘菌oah1基因CRISPR敲除菌株和野生型UF1菌株接种比较分析结果表明,BnPep6激发油菜抗病性机制在于抑制了核盘菌OAH1基因的致病功能效应。(3)初步构建了利用BnPeps防控核盘菌侵染的潜在应用技术体系。使用浓度、次数、方法等因子对PEP激发抗性的影响分析结果显示,PEP肽的抗病激发强度与使用浓度呈正相关;PEP肽强化处理增强其抗病激发强度。PEP肽的喷雾处理与浸润处理均能激发植物产生对核盘菌的抗病性,浸润处理的效果优于喷雾处理。此外,证实了钙肥(0.3 mg/ml)能够诱导大豆和番茄叶片产生对核盘菌的抗性。综上所述,本研究首次在十字花科作物上进行PEP的抗病激发功能及其机制分析,并在此基础上探索其防病潜在应用方式。明确了油菜PEP对十字花科作物具有显著抗病激发作用,揭示了CAMTA3-SARD1模块途径和活性氧在BnPeps激发抗性中的重要作用,并初步构建了油菜PEP防控核盘菌侵染的潜在应用技术体系。本研究增进了对油菜DTI(DAMP-triggered immunity)抗性的理解,并给油菜菌核病的防控带来新的策略和思路。
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