丹参ERF全局调控JAs介导菌根共生及增益效应的研究
批准号：
82104342
项目类别：
青年科学基金项目（C类）
资助金额：
30.0 万元
负责人：
郑汉
依托单位：
学科分类：
中药资源
结题年份：
2024
批准年份：
2021
项目状态：
已结题
项目参与者：
郑汉
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
丹参根部病害能够直接导致丹参产量和品质的下降，而利用丛枝菌根真菌（AMF）对宿主的增益效应可实现抗病及增产。申请者前期研究发现，茉莉酸类物质（JAs）有增强菌根共生的作用，且丹参ERF转录因子具有潜在调控JAs合成通路多基因的能力。由此提出假说 “通过ERF实现对JAs（OPDA、JA、MeJA和JA-Ile）含量的全局调控，进而介导菌根共生，提高丹参抗病并增产”。申请人拟通过凝胶阻滞、酵母单杂交、染色质免疫共沉淀及烟草瞬时表达实验验证ERF的结合能力；检测敲除和过表达ERF的植株中JAs合成基因的表达量及JAs含量，揭示ERF全局调控机制；对转基因植株接种AMF，证实JAs对菌根共生关系及产量、含量的影响；对接种AMF的转基因植株再接种病原菌，证实JAs介导AMF对抗病的作用。项目将为靶向调控JAs合成介导菌根共生提供全新思路，更为定向培育高抗病、高产量及高含量的丹参品系提供理论依据。
英文摘要
The root diseases in Salvia miltiorrhiza can directly lead to the decline of the yield and quality, while arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) exerts enhancement effects on host to achieve disease resistance and yield increasement. The applicant's previous study found that jasmonates (JAs) can enhance mycorrhizal symbiosis, and the ERF transcription factor of Salvia miltiorrhiza has the potential to regulate multiple genes in the JAs biosynthesis pathway. Therefore, it is proposed that ERF could realize the global regulation of JAs (OPDA, JA, MeJA and JA-Ile) content, and then mediate mycorrhizal symbiosis to improve disease resistance and increase yield. The applicant intends to conduct EMSA, Y1H, ChIP-seq and tobacco transient expression experiments on the previously screened ERF to verify the binding ability. After that, the expression level of JAs biosynthesis genes and the content of JAs in ERF transgenic plants, obtained by CRISPR/Cas9 and overexpression techniques, will be detected to reveal the global regulatory mechanism of ERF. Then transgenic plants will be inoculated with AMF to confirm the effect of JAs on mycorrhizal symbiosis, yield and active component content. Finally, to confirm the enhancement effect of JAs-mediated AMF on disease resistance, transgenic plants inoculated with AMF will be reinoculated with pathogen. The project will provide a new idea for the targeted regulation of JAs biosynthesis mediating mycorrhizal symbiosis, as well as providing a theoretical foundation for the directed breeding of Salvia miltiorrhiza strains with high disease resistance, high yield and high active component content.
丹参为唇形科植物丹参（Salvia miltiorrhiza Bge.）的干燥根，作为我国常用大宗中药材，近年来，大面积连作种植引发了严重的病害传播问题，根部病害已成为丹参生产中最主要的限制因素，直接导致了丹参产量和品质的下降。本项目研究表明丛枝菌根真菌（AMF）能够有效抑制丹参根腐病害的发病率并同时促进丹参生长，提高丹参有效成分含量。而AMF对宿主的定植作用又受到茉莉酸类物质（Jasmonates，JAs）的介导而增强。因此，本项目通过MeJA诱导丹参，筛选出参与JA合成的SmOPRs基因，确定SmOPR3是JA合成的关键基因，能将9S,13S-OPDA转化为JA前体。搭建成适用于丹参的多靶点敲除系统，获得了SmOPR3双靶点敲除株系，并发现其能够导致雄性不育。Smopr3植株表现出JAs生物合成基因表达下降，JAs和丹参酮含量减少，表明SmOPR3缺失阻碍了JAs和丹参酮的合成。在丹参与AMF菌共生30天后，再接种病原菌尖孢镰刀菌Fo时，AMF共生显著增强了丹参的抗病性，且AMF缓解了Fo的侵害。SmOPR3缺失则降低了AMF对JAs和丹参酮积累的促进作用，进一步证明了JAs在AMF共生中的重要性。此外，研究发现SmCBF2能够调控多个JAs合成基因的表达，通过对SmCBF2的改造可以激活JAs的合成，提升丹参的抗病性和产量，基本揭示了“转录因子—JAs—AMF菌根共生—增益效应”的调控链，为丹参的高抗病、高产量及高含量品系的育种提供了理论依据。
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