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分子植物病毒学研究团队揭示了小麦蓝矮植原体效应子SWP12抑制植物防御反应新机理

作者:  来源:  发布日期:2022-11-18  浏览次数:

2022年11月15日,我院分子植物病毒学研究团队在《The Plant Journal》上在线发表了题为“The ‘Candidatus Phytoplasma tritici’ effector SWP12 degrades the transcription factor TaWRKY74 to suppress wheat resistance”的研究论文,揭示了小麦蓝矮植原体效应子SWP12的功能及其作用机理。该研究阐述了一个与小麦转录因子TaWRKY74互作的小麦蓝矮植原体效应子SWP12,其能通过泛素依赖途径介导TaWRKY74的降解,降低植物ROS积累并且提高NDH活性,削弱小麦防御应答以促进植原体侵染的作用机制。我院吴云锋教授和赵磊副教授为该论文的共同通讯作者,博士研究生白碧鑫为该论文的第一作者。

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小麦蓝矮植原体( ‘Candidatus  Phytoplasma tritici’)是一种韧皮部局限性寄生的原核生物,引起的小麦蓝矮病(Wheat blue dwarf)危害我国广大西北地区冬小麦,威胁粮食安全。在田间由昆虫介体异沙叶蝉( Psammotettix alienus )持久专化性传播流行。植物在感知植原体侵染时,氧化防御系统被高度激活,ROS作为重要的信号分子,参与植物抵抗病原菌侵染的防御调节。NADH 脱氢酶复合体(NDH)活性是植物重要的免疫预警组成部分,沉默组装因子CRR6导致的低水平NDH活性使植物保持高度免疫警觉和广谱抗病特性。TaWRKY74不仅刺激ROS的生成,还通过作用于TaCRR6的启动子损害植物NDH活性,是小麦抗病性的一个正向调控因子。小麦蓝矮植原体在侵染过程中向寄主分泌效应子SWP12,它可以靶向降解TaWRKY74削弱植物免疫反应,促进植原体的侵染。

在小麦与植原体互作中,ROS被高度诱导生成,表达效应子SWP12显著抑制了植物中的ROS积累,促进了植原体的积累。通过酵母双杂交文库筛选,利用蛋白互作技术,鉴定到一个与SWP12特异性互作的小麦转录因子TaWRKY74。瞬时表达TaWRKY74接种植原体发现,ROS积累显著上升, TaCRR6 转录水平和NDH活性显著下降,植原体积累显著减少。进一步沉默TaWRKY74接种植原体发现, TaCRR6 转录水平显著上调,植原体积累显著增加。这些结果表明TaWRKY74是一个重要的小麦抵抗植原体侵染的正向调控因子。

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图1. 过表达和沉默TaWRKY74后接种小麦蓝矮植原体的检测

共表达SWP12和TaWRKY74与单独表达TaWRKY74相比,植原体能够在共表达的植株上正常积累,ROS积累和NDH活性也趋于正常水平。通过引入蛋白酶体抑制剂MG-132和泛素链形成的负性抑制蛋白DesGlyGly-ubiquitin (Ub∆GG)进行试验分析,研究明确了SWP12可以提高TaWRKY74的泛素化修饰水平,导致了TaWRKY74的泛素依赖性降解。同时,由于降解导致抑制 TaCRR6 启动子活性的TaWRKY74减少,NDH活性也随之上升。进一步研究发现,瞬时沉默 TaCRR6 的小麦对植原体的抗性增强。因此,本研究鉴定了一个降低植物免疫反应的效应子SWP12,在促进植原体自身侵染的过程中,靶向降解寄主转录因子TaWRKY74,并且间接提高 TaCRR6 的转录增强NDH活性,该机理的明确将为开发新的小麦蓝矮病防控策略提供重要价值。

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图2. 小麦蓝矮植原体效应子SWP12抑制小麦防御反应的示意图

该研究得到国家自然科学基金和博士后创新人才支持计划的资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16029

编辑:刘小凤

审核:郭   军