稻瘟病菌类LxAR效应蛋白MoLLE1和MoLLE2功能及其调控水稻免疫反应分子机制研究

LxAR motif was found in rice blast fungus (Magnaporthe oryzae) avirulence effectors, such as AvrPii and AvrPiz-t, which could be conserved in certain effectors. In previous study, we predicted 99 of LxAR-like effectors (LxAR-like effectors, LLEs) from M. oryzae genome, and identified two of LxAR candidates with different abilities to induced or inhibit cell death in plants. MoLLE1 was found to induce cell death in plant, while MoLLE2 inhibit cell death. Ectopic expression of MoLLE1 in rice enhanced resistance against rice blast fungus. In this project, we propose to study the secretory pattern of MoLLE1 and MoLLE2 during infection, and the effects of MoLLE1, MoLLE2 on the pathogenicity of M. oryzae. We will further study the molecular mechanisms on how MoLLE1 and MoLLE2 induce or suppress rice immunity, and functions of the rice targets of MoLLE1 or MoLLE2. Findings from this project will advance our understanding of functions of M. oryzae LxAR-like family effectors and will contribute to developing new strategy for controlling rice blast disease.

LxAR存在于稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae) AvrPii和AvrPiz-t等无毒蛋白的序列中，可能为某些效应蛋白的保守基序。前期研究预测分析了稻瘟病菌基因组中99个含有LxAR基序的效应因子(LxAR-like effectors, 即MoLLEs），并鉴定了两个LxAR效应因子。其中，MoLLE1诱导植物细胞死亡，MoLLE2抑制了细胞坏死。异源表达MoLLE1提高了水稻对稻瘟菌的抗性。本项目拟确定分析MoLLE1、MoLLE2的分泌属性及转运至寄主细胞的定位模式，评估MoLLE1、MoLLE2稻瘟病菌突变体的致病能力，解析MoLLE1、MoLLE2诱导（抑制）水稻免疫反应的调控机制，鉴定MoLLE1、MoLLE2水稻靶标蛋白并分析其在水稻免疫反应的功能。研究结果可望阐明稻瘟病菌类LxAR效应因子的生物学功能，并为稻瘟病菌的防治提供新的策略。

由病原真菌Magnaporthe oryzae引起水稻稻瘟病，严重影响了水稻生产，因此研究稻瘟病菌其致病机理，有助于制定更好的防治措施。LxAR存在于稻瘟病菌AvrPii和AvrPiz-t等无毒蛋白的序列中，可能为某些效应蛋白的保守基序。本项目前期研究发现两个类LxAR效应蛋白（MoLLEs）分别引起/抑制植物细胞程序性死亡，其中MoLLE1转基因水稻对稻瘟病菌的抗性增强。本项目对MoLLE1、MoLLE2在稻瘟菌侵染水稻过程中的分泌、定位模式，致病性参与情况，诱导水稻免疫反应的调控机制展开研究。研究结果发现，MoLLE1、MoLLE2为分泌蛋白，但在侵染过程中未见分泌至植物细胞中。MoLLE1基因的敲除降低了稻瘟病菌的产孢量、细胞壁完整性，但不影响致病性。MoLLE2敲除突变体在稻瘟病菌产孢量、细胞壁完整性、致病能力上无明显变化。异源表达MoLLE2并不改变水稻对稻瘟病菌的抵抗力。相比之下，MoLLE1转基因水稻的防御相关基因表达量显著上调，抗真菌水平提高。施加MoLLE1重组蛋白可有效提高水稻防御相关基因转录表达。本项目利用酵母膜蛋白双杂交方法，筛选到一批MoLLE1靶标蛋白(MoLLE1 interacted protein in rice, MIPs)。转录分析发现，MIPs响应稻瘟病菌侵染，大部分MIPs受不同程度的转录抑制，而MIP9、MIP11、MIP14、MIP17、MIP7、MIP6、MIP12在稻瘟病菌接种48小时后转录表达明显上调。在MoLLE1蛋白处理之下，MIPs的响应模式多样， MIP1、MIP3、MIP7、MIP14表现出转录抑制的趋势。这其中，MIP3编码了一个已知的TFAR-19类型转录因子，具有调控水稻产量、抗非生物胁迫功能，并参与植物细胞程序性死亡。该基因敲除突变体增强了水稻对稻瘟病菌的抵抗能力，在此基础上，本项目将进一步研究MIP3在MoLLE1、PAMP介导的免疫防御中的功能作用及其在产量-抗病之间调节调控机制，以期为稻瘟病菌防治、水稻增产提供参考。