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白菜eIF(iso)4E基因T106C位点对TuMV的抗病机理解析

批准号:
32102373
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:
李国亮
学科分类:
蔬菜、瓜果种质资源与遗传育种学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李国亮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
芜菁花叶病毒(TuMV)是危害白菜的主要病害之一,而eIF(iso)4E是白菜抗TuMV的重要基因。项目申请人前期在白菜中克隆3个eIF(iso)4E基因拷贝,验证了eIF(iso)4E不同拷贝与TuMV不同株系的互作关系,揭示了eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)对二者互作的重要影响。为了系统解析白菜eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)的抗病机理,项目申请人拟对300份白菜自然群体材料的eIF(iso)4E基因序列进行分析,统计T106C变异在白菜抗/感TuMV中的频率;同时,构建单碱基编辑载体和超表达载体,对白菜eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)进行定点编辑和超表达验证。通过RNA-seq对eIF(iso)4E基因的靶标基因进行筛选,进而解析eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)对TuMV的抗病机理。
英文摘要
Turnip mosaic virus (TuMV) is one of the main diseases to Chinese cabbage, and eIF(iso)4E is an important gene resistance to TuMV in Chinese cabbage. At the early stage, the project applicant cloned three copies of eIF(iso)4E genes in Chinese cabbage, and verified the interaction between different copies of eIF(iso)4E and various strains of TuMV, revealing the important influence of key SNP locus (T106C) of eIF(iso)4E gene on the interaction between them. In order to systematically analyze the resistance mechanism of the key SNP locus (T106C) of eIF(iso)4E gene in Chinese cabbage, the project applicant planned to analyze the eIF(iso)4E gene sequences from 300 natural population materials of Chinese cabbage, and calculate the frequency of T106C variation in resistance/susceptibility of Chinese cabbage to TuMV. Meanwhile, a single base editing vector and an overexpression vector were constructed for site-specific editing and overexpression verifying of the key SNP site (T106C) of eIF(iso)4E gene in Chinese cabbage. The target genes of eIF(iso)4E gene were screened by RNA-seq, and then the disease resistance mechanism of the key SNP locus of eIF(iso)4E gene (T106C) against TuMV was analyzed.
我国白菜年种植面积约2700万亩,是我国第二大蔬菜作物,在均衡市场供应、稳定蔬菜价格中占有十分重要的地位。芜菁花叶病毒(TuMV)是危害白菜最重要的病害之一。白菜eIF(iso)4E基因是一类重要的抗TuMV基因。但eIF(iso)4E基因在抗TuMV过程中,关键SNP/氨基酸位点的功能尚未挖掘。本研究对300份白菜eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)进行分析,检测其对TuMV抗性的贡献率。通过基因型和表型联合分析,300份材料中抗病材料共79份,包括T位点的33份和非T位点的46份;感病材料221份,包括C位点的79份和非C位点的142份,推测T106C位点对白菜抗TuMV的贡献率为37.33%;同时对白菜eIF(iso)4E基因T106C位点功能进行分析。构建了定点编辑载体primer editing,对感病白菜eIF(iso)4E基因关键SNP位点(T106C)进行定点编辑,目前获得84株转基因植株,通过DNA、RNA水平检测转基因阳性植株,获得3株基因型纯合的材料,通过接种TuMV,其TuMV抗性显著提升,发病单株占比由100%,降至为28%;在感病材料中超表达白菜eIF(iso)4E基因,TuMV抗性也显著提升,发病单株占比由100%,降至31%,证明eIF(iso)4E基因SNP位点(T106C)对TuMV抗性其关键作用;通过对超表达和基因编辑突变体进行RNA-seq分析,发现4种激素代谢途径响应TuMV的侵染,分别为色氨酸代谢、玉米素生物合成、油菜素类固醇生物合成和茉莉酸合成,进一步体外喷施激素互补发现,茉莉酸(JA)显著影响TuMV抗性。本项目首次明确调控白菜抗TuMV的单个SNP位点,确定白菜eIF(iso)4E基因在抗TuMV过程中的关键作用,并将该SNP位点开发了KASP标记Ks_101,利用该标记辅助选择具有TuMV抗性、农艺性状优良的白菜种质资源。本项目执行期间,项目主持人晋升副高级职称,培养硕士研究生2名,共发表SCI论文6篇,荣获中国农业科学院科学技术成果奖1项,获批新品种登记1项、新品种权1项,选育了抗TuMV的白菜新品种‘春小宝287’,目前该品种已在内蒙古、河北、宁夏等10个地区示范推广,年销售种子6000余斤(年推广面积10000余亩),给农户带来经济效益约1亿元左右。
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