恶疫霉毒性蛋白SCR96的植物互作蛋白鉴定与开发利用

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由疫霉属(Phytophthora spp.)卵菌侵染引起的植物疫病分布广泛,危害多种重要的农作物和林木植物,严重威胁全球的粮食和自然生态系统安全。疫霉菌分泌效应蛋白操纵和破坏寄主的免疫抗性,PcF/SCR(small cysteine-rich proteins)型效应蛋白就是一类能够引起植物细胞死亡的质外体效应蛋白,但尚不清楚它们的作用机制。本实验室前期研究发现SCR96是恶疫霉(P.cactorum)中的一个侵染致病毒性因子,同时也能引起本氏烟(Nicotiana benthamiana)和番茄(Solanum lycopersicum)的免疫反应。本文通过开展下列研究,进一步分析SCR96参与致病的作用机制,为作物疫病防控提供指导依据。①为便于外源表达的PcF/SCR型小蛋白的表达、检测、纯化,满足融合标签不能影响蛋白活性的要求,本论文首先对SCR96融合常用小标签(6His、Flag和HA)及其融合位置进行了分析。结果显示,蛋白C端的6His标签是一个合适的蛋白标签,有利于SCR96的生化性状研究。②为明确SCR96的作用机理,本论文通过酵母双杂交筛选本氏烟受侵染文库,以及本氏烟瞬时表达SCR96之后使用Co-IP连用质谱的方法,筛选SCR96的植物互作蛋白,并利用酵母双杂交、双分子荧光互补、GST pull-down对SCR96与植物蛋白的互作进行了验证。结果显示,3个本氏烟蛋白(富含甘氨酸蛋白NbGRP、伤口诱导蛋白NbWIP2、蛋白酶抑制子NbPI)均与SCR96存在相互作用。③为明确3个植物互作蛋白在抗病过程中的作用,本论文在本氏烟中分别瞬时表达或沉默互作蛋白编码基因,分析本氏烟对辣椒疫霉侵染的抗性。结果显示,NbGRP正向调控本氏烟对辣椒疫霉侵染的抗性,而NbWIP2是本氏烟抗病性的负向调控因子,但NbPI对本氏烟抗病性没有明显影响。④为进一步明确植物互作蛋白NbGRP的抗性功能,为后续开发利用奠定基础,本论文利用农杆菌介导的转基因技术构建本氏烟转Nbgrp基因株系。PCR和Western blot结果显示,成功获得稳定表达NbGRP的本氏烟转基因株系。同时,为进一步研究该植物互作蛋白,本论文将Nbgrp基因克隆进带有6His标签的原核表达载体pRSFDuet-1,融合蛋白经诱导表达、纯化后再免疫新西兰大白兔。结果显示,获得的NbGRP多克隆抗血清具有良好的检测特异性及灵敏度,适于NbGRP蛋白的检测分析。本论文明确了适合PcF/SCR型质外体效应蛋白SCR96外源表达分析需要的蛋白标签和融合位置,筛选鉴定出它在本氏烟中的互作蛋白,并构建了抗性互作蛋白NbGRP的本氏烟转基因株系和多克隆抗血清。研究结果不仅为探究疫霉菌质外体效应蛋白的功能,解析疫霉菌的侵染致病机制提供重要实验数据,而且为防治作物疫病提供新型抗性基因资源。
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