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我院植物免疫研究團(tuán)隊在條銹菌富含絲氨酸效應(yīng)子抑制免疫反應(yīng)分子機(jī)理方面取得新進(jìn)展

近日，我院植物免疫研究團(tuán)隊在 Plant Physiology 期刊在線發(fā)表了題為“A serine-rich effector from the stripe rust pathogen targets a Raf-like kinase to suppress host immunity”的研究論文。該研究鑒定到一個小麥條銹菌富含絲氨酸效應(yīng)子Pst27791，揭示其通過靶向小麥感病激酶TaRaf46抑制植物免疫的分子機(jī)理。我院郭軍教授為該論文的通訊作者，博士研究生萬翠萍為論文的第一作者。

由條形柄銹菌小麥專化型（  Puccinia striiformis  f. sp.  tritici ,  Pst ）引起的條銹病是我國小麥生產(chǎn)上的一種重要真菌病害。研究病菌致病性及其變異機(jī)理，對小麥條銹病可持續(xù)控制具有重要的指導(dǎo)意義。由于缺乏穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系，銹菌效應(yīng)子的研究相對滯后。富含絲氨酸效應(yīng)子（Serine-rich effector）在抑制寄主免疫中發(fā)揮重要作用，但是目前有關(guān)該類型效應(yīng)子的研究還相對較少。

該研究首先通過序列分析表明條銹菌效應(yīng)子Pst27791為富含絲氨酸的分泌蛋白。在本氏煙草葉片中瞬時過表達(dá) Pst27791 能夠抑制由flg22誘導(dǎo)的活性氧積累以及防御相關(guān)基因表達(dá)。進(jìn)一步創(chuàng)制了 Pst27791 過表達(dá)及RNAi轉(zhuǎn)基因小麥材料以分析其功能。在 Pst27791 過表達(dá)株系中，病菌侵染誘導(dǎo)的活性氧積累和抗病相關(guān)基因表達(dá)被顯著抑制，而 Pst27791 -RNAi株系對條銹菌抗性顯著增強(qiáng)，菌絲生長發(fā)育受到顯著抑制，表明Pst27791在條銹菌致病性中發(fā)揮重要作用。

通過酵母雙雜交及免疫共沉淀實驗證明Pst27791與小麥Raf-like MAPKKK家族激酶TaRaf46互作。瞬時沉默 TaRaf46 發(fā)現(xiàn)其在小麥與條銹菌互作過程中發(fā)揮負(fù)調(diào)控作用。進(jìn)一步創(chuàng)制了 TaRaf46 及 TaRaf46 ^-K95M（激酶失活突變）轉(zhuǎn)基因過表達(dá)小麥材料。過表達(dá) TaRaf46 降低了小麥對條銹菌的抗性并抑制了小麥MAPK級聯(lián)通路的激活，而過表達(dá) TaRaf46 ^-K95M并未對條銹菌的致病性及小麥MAPK級聯(lián)通路產(chǎn)生顯著影響，證實TaRaf46作為有活性的激酶抑制寄主免疫反應(yīng)，促進(jìn)條銹菌侵染。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在本氏煙中過表達(dá) Pst27791 可以增強(qiáng)TaRaf46的蛋白積累，推測Pst27791可能通過抑制本氏煙蛋白酶體途徑來穩(wěn)定TaRaf46的表達(dá)。此外，瞬時沉默 TaRaf46 顯著減弱Pst27791促進(jìn)條銹菌侵染的能力，表明Pst27791的毒性功能受到TaRaf46的介導(dǎo)。

條銹菌效應(yīng)子Pst27791靶向TaRaf46抑制植物免疫的模式圖

條銹菌富含絲氨酸效應(yīng)子Pst27791作為重要的致病因子靶向寄主感病激酶TaRaf46，抑制寄主活性氧積累、防御基因表達(dá)及MAPK級聯(lián)通路激活，促進(jìn)條銹菌侵染。該研究豐富和加深了我們對活體營養(yǎng)寄生真菌致病機(jī)制及 Raf-like MAPKKK激酶在植物免疫中功能的理解，推動了小麥抗銹病的種質(zhì)創(chuàng)新，為植物銹病的持久綠色防控提供了理論依據(jù)。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目陜西省重點研發(fā)計劃和教育部111項目等項目的資助。

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35567492/

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍