晚疫病菌RxLR效应子PITG_04085靶向StS6k2抑制马铃薯免疫应答机制研究

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马铃薯(Solanum tuberosum L.)作为重要的粮食作物之一,在丰富食品行业,促进农村经济发展以及保障国家粮食产量等方面具有重要意义。马铃薯病害严重影响其产量与品质,其中由致病疫霉(Phytophthora infestans)引发的晚疫病(Potato Late Blight)是马铃薯产业的头号杀手,每年造成大于200亿美元的经济损失。通过分泌效应蛋白(Effector)靶向抑制寄主免疫反应是致病疫霉侵染、定殖和繁殖的主要方式。进化过程中致病疫霉变异快、生理小种多,导致现有马铃薯抗病品种抗性减弱甚至丧失。结合产业需求,深入研究植物与病原菌的互作机制,解析病原菌效应子功能,挖掘更加广谱、稳定的抗病基因,培育具有地区针对性的多种抗病基因复合高抗、高产品种成为防治晚疫病的重要手段。实验室前期转录组测序数据显示,致病疫霉生理小种T30-4侵染马铃薯过程中,Rx LR效应子PITG_04085上调表达最高,推测在致病疫霉侵染过程中该效应子发挥重要作用。在此基础上,本研究对该效应子的致病性,及其靶向马铃薯核糖体蛋白S6激酶(StS6K2)以调控下游转录因子StWRKY59活性的具体机制开展研究,得到以下结果:1蛋白序列分析发现PITG_04085是缺失d EER的Rx LR效应子;亚细胞定位发现PITG_04085主要定位于细胞核和质膜,细胞质中也存在少量表达;烟草瞬时表达PITG_04085后接菌实验发现表达PITG_04085促进致病疫霉的侵染与扩增;酵母双杂交实验(Y2H)与双分子荧光互补实验(Bi FC)共同验证PITG_04085靶向StS6K2。2 StS6K2亚细胞定位于胞质和质膜;StS6K2通过上调表达快速响应病原入侵;瞬时表达与过表达StS6K2的植物均能在一定程度上抑制病原菌的入侵,干扰StS6K2的马铃薯对病原菌更敏感;病原入侵时StS6K2过表达拟南芥通过增强ROS爆发与胼胝质沉积以增强抗病性。结果表明StS6K2是马铃薯抗晚疫病的正调控因子。此外,Y2H与Bi FC共同验证了StS6K2与马铃薯StWRKY59转录因子互作。3 StWRKY59亚细胞定位于细胞核和质膜;病原菌入侵时,StWRKY59快速上调表达;瞬时表达与过表达StWRKY59的植物均对致病疫霉表现出抗性,干扰StWRKY59的马铃薯对晚疫病表现出感性,同样过表达StWRKY59的拟南芥能增强PTI响应,表明StWRKY59正向调控马铃薯对晚疫病的抗性。综上所述,解析PITG_04085抑制宿主免疫应答功能,明确宿主内靶标及抗病调控途径,为病原-宿主互作机制提供新认识,为抗性品种培育提供新基因资源。
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