小麦蓝矮植原体SWP11激发子调控寄主防御反应的分子机理研究

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小麦蓝矮植原体(Wheat blue dwarf phytoplasma)属于植原体暂定种16Sr I组(安凤秋等2006),通过条沙叶蝉(Psammotettix striatus.)传播,寄生于植物维管束细胞中。由小麦蓝矮植原体引起的小麦蓝矮病(Wheat blue dwarf disease,WBD),是一种主要发生在我国西北地区的重要病害,会引起小麦产生黄化、矮缩等症状,进而造成减产甚至绝产,严重威胁着我国小麦生产。本实验室前期研究发现WBD植原体可以编码37个分泌蛋白,通过瞬时表达筛选出可以引起本氏烟(Nicotiana benthamiana)过敏性坏死的效应蛋白SWP11,其对植物防止WBD植原体的增殖和扩散具有重要意义。为深入了解SWP11引起寄主植物细胞坏死的机理,我们对SWP11进行了生物信息学分析、亚细胞定位和表达坏死症状的寄主种类鉴定,然后以本氏烟为模式植物,筛选了与SWP11互作的因子,并进行了鉴定,取得的主要结果如下:1.对SWP11蛋白进行了生物信息学分析。明确SWP11基因全长为375bp,编码氨基酸125个。SWP11蛋白不稳定系数50.55,平均疏水系数-0.650,属于不稳定蛋白和亲水蛋白,但N端存在疏水性结构;有两个主要的α-螺旋,N端第10-30位氨基酸之间存在跨膜区域,并且第31-32位氨基酸之间存在信号肽切割位点,切除信号肽后无额外跨膜区,属于分泌蛋白,成熟的蛋白有93个氨基酸。2.对SWP11蛋白进行了亚细胞定位并初步鉴定了SWP11蛋白表达坏死症状的寄主种类。构建了融合蛋白表达载体p CAMBIA1302-e GFP-SWP11,并同时将核定位信号、核输出信号和核输出信号功能缺失序列融合到SWP11的C端,构建重组载体p CAMB IA1302-e GFP-SWP11-NLSSV40、p CAMBIA1302-e GFP-SWP11-NES、和p CAMBIA1302-e GFP-SWP11-NESKO。转化农杆菌后注射本氏烟,观察其定位情况,发现SWP11同时定位在细胞核和细胞膜,并发现SWP11诱导本氏烟坏死需要其定位在细胞膜上。将含p GR107-SWP11质粒的农杆菌注射植物,发现SWP11可以诱导番茄、辣椒、本氏烟、拟南芥产生过敏性坏死反应。3.使用AP-SWATH和酵母双杂交筛选到了本氏烟中与SWP11互作的靶标。通过AP-SWATH(Affinity purification Sequential Window Acquisition of all Theoretical fragme-ntions)技术进行了SWP11的互作蛋白筛选,获得了165个靶标蛋白。构建了分裂泛素酵母双杂膜系统(split-ubiquitin membrane system)的诱饵载体p BT3-SUC-SWP11和p BT3-STE-SWP11,通过验证发现两个载体均可以进行筛库工作。用p BT3-SUC-SWP11筛选本氏烟文库,初步筛选出了87个互作蛋白。两种方式筛选到的互作蛋白十分类似,均存在叶绿素结合蛋白、叶绿体光系统Ⅰ和Ⅱ的成员亚基、核糖体蛋白、细胞色素蛋白、热击蛋白、ATP酶亚基、过氧化物酶、糖类代谢酶、磷酸糖代谢酶、氨基酸-t RNA连接酶或代谢酶。4.选取了互作蛋白中与过氧化氢代谢有关的两个靶标蛋白:过氧化物酶Nb Prx03(Nicotiana benthamiana Peroxidase 3)与Nb Prx63(Nicotiana benthamiana Peroxidase63),通过酵母双杂交实验确定了其与SWP11的互作关系。通过生物信息学软件和在线数据库对其进行了分析,发现Nb Prx03与Nb Prx63同源率很低,但同为血红素过氧化物酶,属于非动物过氧化物酶超家族(Non Animal peroxidase superfamily)中的Ⅲ类过氧化物酶(ClassⅢperoxidases,CⅢPrxs),两者功能类似,均拥有血红素结合功能、金属离子(Ca2+)结合功能和过氧化物酶活性,都参与过氧化氢的分解代谢和对氧化应激的反应,功能位点存在微小的差别。两者均拥有信号肽,Nb Prx03的N端存在与信号肽重合的跨膜区,Nb Prx63无跨膜区,定位部位均是细胞外,和大多数CIII Prxs一致,属于分泌蛋白。
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