苹果树腐烂病菌RNA依赖的RNA聚合酶基因的生物学功能研究

【作者】 梁家豪； 王凯； 李光耀； 冯浩； 黄丽丽；

【机构】 西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室；

【摘要】 苹果树腐烂病是由苹果黑腐皮壳(Valsa mali)侵染引起的重大枝干病害,严重影响苹果产业的健康持续发展,系统解析病菌致病机理对开发病害防控新策略具有重要指导意义。RNA-dependent RNA polymerases (RdRPs)是RNA interference机制负责沉默信号放大的核心组件。然而,V.mali是否存在RdRPs及其生物学功能目前尚不明晰。基于全基因组信息,分离获得了4个RdRP基因(VmRdRP1-4)。实时荧光定量分析显示VmRdRP1-4在病菌侵染早期阶段均显著上调表达。通过基因缺失结合表型分析发现,ΔVmRdRP2和ΔVmRdRP3的营养生长和致病力显著降低,同时ΔVmRdRP1-4对Na~+和K~+胁迫的敏感性和产孢能力也明显降低。重要的是,同源关系较近的VmRdRP1和VmRdRP2双基因缺失突变体表现出了更大程度的致病力降低。对ΔVmRdRP2、ΔVmRdRP3和野生型菌株的sRNAs测序分析发现,VmRdRP3的缺失增加了sRNAs丰度,而VmRdRP2的缺失降低了sRNAs丰度。进一步分析发现,VmRdRP的缺失不影响内源milRNAs的产生,但对siRNAs的生成有重要作用。基于差异siRNAs分析,分别选择受VmRdRP2和VmRdRP3调控的VmR2-siR1和VmR3-siR5进行功能研究,发现VmR2-siR1和VmR3-siR5在病原菌侵染阶段显著上调表达,将其沉默后病菌的致病力均显著下降。综上,VmRdRPs在营养生长、侵染致病、逆境胁迫响应以及繁殖体产生等方面具有重要生物学功能,特别是VmRdRP1与VmRdRP2可能对病菌侵染致病发挥更重要的功能,且VmRdRPs不同成员间可能存在功能冗余。进而揭示了VmRdRPs可以调控病菌内源siRNAs的产生影响病菌致病力的机理,为全面揭示V.mali致病机理奠定了重要基础。更多还原