胡桃JrCHI基因家族的全基因组特征解析及JrCHI6和JrCHI24赋予细交链孢菌抗性的功能验证

《BMC Plant Biology》：Genome-wide characterization of the JrCHI family and functional validation of JrCHI6 and JrCHI24 conferring resistance to Alternaria tenuissima in walnut

　　

摘要

Alternaria tenuissima 叶斑病严重阻碍了新疆核桃的可持续生产。为了解析核桃抗病性的分子基础并挖掘抗病相关基因，我们调查了一株抗病野生核桃和一个感病品种“新新 2 号”的生理和转录组响应。我们发现野生核桃的病斑扩展较慢，防御酶活性明显更高；在整个病原菌感染过程中，其几丁质酶活性始终比“新新 2 号”高 30%–45%。转录组数据显示氨基糖和核苷酸糖代谢途径显著富集，证明几丁质水解对宿主防御至关重要。全基因组筛选获得了 24 个分为 GH18 和 GH19 家族的 JrCHI 基因，其启动子携带大量茉莉酸 (JA) 和水杨酸 (SA) 响应元件。JrCHI6 和 JrCHI24 被筛选为感染后表达升高的关键抗病基因。外源激素处理验证了仅茉莉酸甲酯诱导这两个基因的表达，而 SA 几乎不改变其转录本丰度。鉴于 JA 信号传导主导植物对坏死营养型病原菌的防御，推断 JrCHI6 和 JrCHI24 驱动了针对 A. tenuissima 的 JA 介导的免疫反应。JrCHI6 和 JrCHI24 的瞬时过表达提高了“新新 2 号”的叶斑病抗性，并增加了 JA/ET 防御标记基因 JrPR3 和 JrPR4 的表达；相比之下，沉默这些基因极大地削弱了野生核桃的抗性。这项工作系统地鉴定了核桃 JrCHI 基因家族，并验证 JrCHI6 和 JrCHI24 为介导依赖几丁质酶的抗 A. tenuissima 抗性的核心功能基因。