南方根结线虫Mipdi效应子的功能分析

Root-knot nematodes is one kind of the most important plant pathogens. It can damage more than three thousand kinds of plants, and causes 50 billion US dollars losses annually in the world. Also the nematode has become a key limiting factor in the production of vegetables in China. However, there are no safe and effective control approaches for management of root knot nematode so far. Functional analysis of nematode effectors will contribute to new targets and strategies for its control. The study here will use the methods of in situ hybridization, developmental expression pattern analysis, Western blot, immunohistochemistry localization, transient expression via virus, yeast two-hybrid system, Gst pull down, BiFC, plant genetic transformation, transcriptional anlysis, RNAi, Arabidopsis thaliana mutant, etc. and explore the function of MiPDI, such as localization, expression at different stages, interaction protein in A. thaliana, and the morphology, gene expression differences and susceptibility to nematodes by overexpression of MiPDI in A. thaliana, how to manipulating plant immunity such as PTI and ETI and so on. These results will illustrate the function of the protein in the mechanism of regulating plant immunity in redox systems of plant after invasion into plant and helps in parasitism of the nematode, which findings will support to find a new target gene and then development of the new control strategy.

根结线虫是最重要的植物病原之一，可危害三千多种植物，全球每年损失达五百亿美元，目前其已成为限制我国蔬菜安全生产关键因子，但仍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。本研究拟利用原位杂交、发育表达模式分析、Western杂交、免疫组织定位和病毒瞬时表达、酵母双杂交、Gst pull down和BiFC、植物转基因及转录组分析和RNAi技术等手段明确南方根结线虫MiPdi效应子的表达部位及在不同虫龄表达差异，获得MiPDI与拟南芥互作的蛋白，明确转MiPdi基因拟南芥其形态、基因表达差异及对线虫敏感性，利用RNAi和拟南芥缺失突变体研究其功能。明确其在植物体内严峻氧化还原环境下调控寄主PTI和ETI免疫反应的作用和方式及在帮助线虫建立寄生关系的功能。结果将为阐明根结线虫的致病机理提供重要数据，同时为寻找防治根结线虫的新靶标并制定新策略提供理论依据。

根结线虫是最重要的植物病原之一，可危害三千多种植物，全球每年损失达五百亿美元，目前缺乏有效防治措施，已成为限制我国作物安全生产的关键因子。解析线虫效应子功能是明确致病机理、获得防治新靶标及制订防治新策略的前提。本研究从南方根结线虫中获得两类PDI类蛋白，N末端均有分泌信号肽和相同的硫氧还蛋白结构域；qPCR分析发现MiPDI1在线虫寄生期表达上调；MiPDI1和MiPDI2均在线虫亚腹食道腺中表达，免疫组化分析显示MiPDI1在线虫寄生初期分泌到宿主细胞中；瞬时表达MiPDI1可诱导烟草叶片产生明显坏死反应；植物体内RNAi干扰MiPDI1后显著降低线虫致病力，而植物异源表达该基因后对线虫更敏感，且降低AtCSD1，AtCSD2，AtCOR47，AtRAB18，AtDH1，AtEM6和AtNPR1等植物相关防御基因的表达量，表明MiPDI1在线虫寄生过程中起关键作用；酵母双杂交和BiFC证明MiPDI1与番茄的锌指蛋白SlSAP11互作，且互作同源蛋白AtSAP12的拟南芥敲除突变体植株对线虫更敏感；此外，MiPDI1还可调节植物中SlSAP11的氧化还原状态。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。在项目执行期间分别在国际著名杂志《Journal of Experimental Botany》和《International Journal of Molecular Sciences》发表研究论文各1篇，获得了内蒙古自治区科技进步二等奖1项，获得国家发明专利授权1项，培养博士和硕士研究生6名，2018年在第33届欧洲植物线虫学会学术年会上进行了墙报交流，分别在第13和14届全国植物线虫学术讨论会进行了大会报告，扩大了学术影响力。综上所述，本项目较好完成了制订的研究目标。