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疫霉属(Phytophthora spp.)是指隶属于卵菌门(Oomycota)下的一类真核微生物,多是植物病原菌。疫霉菌寄主范围广泛,给许多农作物和植物造成毁灭性危害,常带来严重的经济损失,称为―植物疫病‖。致病疫霉(P.infestans)引起的马铃薯晚疫病是马铃薯和番茄生产上的重要病害,每年造成的损失高达30亿美元。19世纪中叶,马铃薯晚疫病席卷欧洲所酿成的爱尔兰大饥馑,造成数百万人饿死和被迫迁徙。疫霉菌病害危害严重且极难防治,如大豆疫霉(P.sojae)引起的大豆疫病,由于其发病迅速、潜育期极短,往往来不及防治就已造成巨大的损失,每年给全球大豆产业造成数十亿美元的损失。目前亟待深入了解疫霉菌的致病机理和成灾机制,为疫霉病精准防控提供新思路,为抗病分子育种提供理论基础。 现在,对于疫霉菌外泌效应子的研究是卵菌致病机制研究的热点。植物病原体通过外泌效应子抑制和干扰植物的防御反应,逃脱寄主的识别,从而促进侵染。在疫霉菌中发现的一类特有的效应子,普遍具有保守的N端信号肽和RXLR结构域,称为RXLR效应子,具有抑制植物免疫反应的功能。 本研究中发现,大豆疫霉一个RXLR效应子Avh18在侵染前期表达量持续较高,且在烟草叶片中瞬时表达会触发强烈的免疫反应。但Avh18在寄主大豆叶片上不能引起类似反应,推测大豆中缺乏类似烟草中识别Avh18并触发免疫的机制。因此挖掘烟草中识别Avh18的分子机制,并加以验证,为将来将其运用在大豆抗疫病精准分子育种,是本课题的主要研究内容。 本研究利用酵母双杂交系统,对大豆疫霉效应子Avh18在本氏烟中的互作蛋白进行筛选,对获得的32个候选靶标进行验证,最终筛选到5个互作蛋白,并对其中的NCED3进行初步研究。目前已知,NCED3基因编码9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶,与脱落酸ABA的生物合成有关,是控制ABA产生合成的关键酶。在烟草上瞬时表达Avh18后,ABA的含量显著上升,同时促进烟草叶片细胞气孔关闭,推测烟草识别Avh18后会激活ABA信号通路。 在烟草叶片上接种辣椒疫霉菌块,同时外源施用ABA后观察菌丝侵染情况,发现施加ABA会抑制辣椒疫霉菌丝的侵染。对大豆易感品种Williams幼苗使用大豆疫霉Race2菌株的游动孢子进行侵染,未施加ABA的幼苗极易被侵染,而外源施加ABA激素则显著抑制大豆疫霉侵染。 本研究证明,烟草中NCED3在与大豆疫霉效应子Avh18互作后,加速了ABA的合成,因此在烟草植物细胞中ABA含量明显上升。而体外实验表明,ABA的增加显著抑制了疫霉菌的侵染过程。同时外源ABA的施加也能抑制大豆疫霉对大豆的侵染。 本研究首次发现ABA激素在植物对疫霉菌的抗性中起正调控作用,为进一步解析植物抗疫病机制,制订疫霉菌防治策略和开发针对性的育种靶标提供了理论基础。