象耳豆根结线虫新效应子MeSP1的功能研究

Root knot nematode Meloidogyne enterolobii original isolated from Hainan province. It is a high virulence and the most devastating plant-parasitic nematode, causing vast economic loss in China. It is spreading rapidly from its original Hainan province to north China recent. This nematode is becoming a key factor to limit safe production of vegetable and melons fruits in infestation area. However, there are no safe and effective control approaches for management of this root knot nematode so far. Functional analysis of nematode effectors will contribute to develop new targets and strategies for its control. The study here will use the methods and techniques including in situ hybridization, developmental expression pattern analysis, Western blot, immunohistochemistry localization, transient expression via virus, yeast two-hybrid system, Co-IP, BiFC, plant genetic transformation, transcriptional analysis, RNAi, Arabidopsis thaliana mutant, etc., and explore the localization of effector, gene expression at different stages of nematode, interaction with the proteins in A. thaliana, and the morphology, gene expression differences and susceptibility to nematodes by overexpression of MeSP1 in A. thaliana. And we also will investigate how to manipulating plant immunity such as PTI and ETI. These results will ascertain the function of MeSP1 in the mechanism of regulating plant immunity of plant after invasion into plant and how to help to establish the parasitism of the nematode, and exploring the relationship between post-translational modification of MesSP1 and its function. In summary, the results will support to find a new target gene for nematode control and then development of the new nematode control strategy.

象耳豆根结线虫是源自我国海南、致病力强、危害严重的病原物，现正在我国不同区域扩散蔓延，严重影响疫区蔬菜瓜果等作物的安全生产，目前缺乏安全有效防治措施，解析线虫效应子功能是获得防治新靶标及制订防治新策略的前提。本研究拟利用发育表达模式分析、原位杂交、Western blot、免疫组织定位和植物细胞瞬时表达、酵母双杂交、Co-IP和BiFC、植物转基因、转录组和质谱分析及RNAi技术等生物化学、分子生物学和植物病理学手段明确MeSP1新效应子在不同虫态表达差异和组织表达部位，获得MeSP1与植物的互作蛋白，探明转MeSP1基因拟南芥其形态、基因表达通路及对线虫敏感性的差异，利用RNAi和拟南芥缺失突变体研究其功能，探究MeSP1翻译后修饰如何影响与植物的互作及效应子功能。研究结果将为进一步阐明根结线虫调控植物免疫反应的机理提供重要数据，为寻找防治新靶标并制订防治新策略提供理论依据。

象耳豆根结线虫源自我国海南、其致病力强可克服几乎所有植物的抗线基因，现正在我国不同区域扩散蔓延，严重影响疫区蔬菜瓜果等作物的安全生产，尚缺乏安全有效防治措施，解析线虫效应子功能是获得防治新靶标及制订防治新策略的前提。本研究表明MeMSP1在四种常见根结线虫中都存在同源基因，其在线虫的寄生阶段上调表达；原位杂交和免疫组织化学试验证实该效应子基因的mRNA 在线虫背食道腺中特异表达，发现其可经口针分泌到线虫体外并进入植物巨大细胞中，参与线虫与植物的互作。MeMSP1 异位表达或植物介导的 RNAi 干扰该基因后将影响线虫的致病性。试验发现转基因拟南芥不仅能抑制由 Flg22 诱导的胼胝质沉积，而且还可抑制线虫侵染过程中活性氧爆发。通过免疫共沉淀-质谱联用技术、双分子萤光互补（BIFC）和 Co-IP技术证实MeMSP1 可与植物特有的谷胱甘肽转移酶AtGSTFs家族所有成员互作，且GSH 结合位点（G-site）是互作的关键位点。进一步分析 MeMSP1的异位表达拟南芥株系发现其谷胱甘肽氧化酶 GPOX 活性显著下降。转录组及代谢组联合分析表明MeMSP1 异位表达可影响拟南芥次生代谢物的代谢，导致有利于线虫寄生的物质如 GSH 上调积累，不利于线虫寄生的代谢物如 Butin 下调积累。本研究结果为阐明根结线虫调控植物免疫反应的机理提供了重要数据，同时为寻找防治线虫的新靶标并制定新策略奠定了基础。在项目执行过程中，分别在《Journal of Experimental Botany》和《New Phytologist》国际著名杂志发表研究论文2篇，获得了2020年度广东省科技进步二等奖1项、国家发明专利授权2项，培养博士和硕士研究生5名，参加了2018年在比利时根特大学举办的第33届欧洲植物线虫线虫学会学术讨论会，进行了墙报展示；组织和策划了第14届全国植物线虫学术讨论会，并应邀做大会特邀报告，扩大了学术影响力。本项目较好完成了制订的研究目标。