落叶松对半活体营养型病原落叶松新壳梭孢的抗性机制

[目的]落叶松枯梢病是一种由外来入侵真菌——落叶松新壳梭孢(Neofusicoccum laricinum)引起的病害，该病原体以半活体营养型的形式侵染落叶松。植物在识别到病原侵入后，会诱导产生如合成抗病次生代谢物、超敏反应等局部防御反应(LDR)，从而限制病原体生长。对半活体营养型病原体来说，植物合成的次生代谢物是其对抗半活体营养型病原体的重要武器。随后，通过信号转导机制，植物会诱导主要由水杨酸(SA)信号转导介导的系统获得性抗性(SAR)，从而激活邻近组织的抵抗能力。本研究对受到侵染N.laricinum后落叶松中3-脱氢奎宁酸(DHQ)在植物次生代谢物奎宁酸(QA)和SA之间的转化关系进行重点探讨，从而阐明植物对半营养型病原体的抗性机制。[方法]对落叶松进行病害野外调查及人工接种试验，通过细胞死亡评估法、石蜡切片法及PI染色法评估其抗病性，并筛选出抗病落叶松单株和感病落叶松单株。通过转录组和代谢组分析，研究抗病和感病的落叶松单株接种N.laricinum后8d、10d的LDR区域基因表达模式及LDR、SAR区域重要差异代谢物变化。同时，通过RT-qPCR进行SAR区SA信号转导相关基因的表达情况，并验证转录组测序结果。通过十字交叉法及落叶松外源施用QA测定QA对N.laricinum生长的影响。[结果]通过野外调查及人工接种试验，确定了R1-4为抗病落叶松单株，S2-1为感病落叶松单株。对R1-4和S2-1的LDR区域的转录组和代谢组进行分析，结果表明，山奈酚、QA、黄酮醇、藤黄素、DHQ和6α-羟基蓖麻酮是重要次生代谢物，其中DHQ与相对抗病指数(RRI)相关性最高，被确定为进一步研究的重要对象。相关性分析表明DHQ和SA、QA含量的变化均具有显著相关性。十字交叉法及落叶松外源施用QA测定QA对N.laricinum生长作用，结果表明R1-4对N.laricinum的抗性增强与其在LDR期间QA表达的升高有关。分析R1-4和S2-1的LDR区域DHQ、QA和SA的含量变化及基因表达量变化，发现R1-4在接种8d时，为抑制病原菌的生长，DHQ和QA含量增加，且QA合成相关的基因表达上调，SA含量几乎无变化，SA合成相关基因表达无明显变化，而10d时，N.laricinum的生长已受到抑制，此时与SA合成相关的基因开始活跃并显著上调，SA大量产生，此时DHQ、QA的含量依旧有增加。与R1-4相比，在S2-1中DHQ和QA的含量变化不明显，虽然SA含量的变化在8d时比R1-4显著，但在10d时SA含量的变化则不如R1-4显著。分析SA信号转导相关的基因表达量在R1-4和S2-1接种10d时的LDR区域和SAR区域中的变化，发现在R1-4的LDR和SAR区域这些基因显著上调，表明此时LDR区域产生的SA向远端组织传递信号以诱导SAR，而S2-1中的这些基因下调或无显著变化。[结论]落叶松通过将DHQ转化为QA或SA以调节自身LDR和SAR，抵抗N.laricinum的侵染。能否将DHQ及时转变为QA或SA可能是影响植物对半活体营养型病原体抗性的关键因素。