条斑病菌调控水稻维生素B6合成机制的研究

The utilization of plant disease resistance is the most economical and effective method of disease control. In preliminary work, the research on why it was difficult to identify the gene resistant to rice bacterial streak disease in rice germplasm was studied; a key effector AvrRxo1 of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola was identified, which could inhibit the Xa21-mediated resistance in rice and the non-host resistance in tobacco; AvrRxo1 is toxic to both yeast and tobacco and influences bacterial pathogenicity. By yeast two-hybrid screen, BiFC and CoIP, we identified and confirmed an AvrRxo1-interacting proteins in rice, was named OsPDX1.2, which is a PDX1 homologue, involved in vitamin B6 synthesis. The aims of this project: 1.to explore the effects of this interaction on the function of OsPDX1 and OsPDX1 complex; 2. to find out the pathogenic molecular mechanism of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola mediated by AvrRxo1; 3.to clarify The role of OsPDX1 and vitamin B6 in plant disease resistance and its mechanism. The research will reveal that the bacteria negatively regulate the level of vitamin B6 through its effector interacting with the host PDX1 complex, leading to toxicity and inhibition of plant resistance responses, while plants up-regulate the level of vitamin B6, which activate disease resistance in plants.

利用植物抗病性是最经济有效的病害防治方式。前期围绕在水稻种质中缺乏抗条斑病基因这一科学问题开展研究，从病原致病性入手鉴定到一个条斑病菌关键性效应因子AvrRxo1，其抑制水稻抗病基因介导的抗性和烟草非寄主抗性，在烟草和酵母中表达产生毒性并在条斑病菌致病力中起重要作用。通过酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀等手段筛选并验证了一个与AvrRxo1互作的水稻蛋白OsPDX1.2，功能预测其参与维生素B6的合成。本项目将深入研究AvrRxo1对OsPDX1蛋白及其复合体功能的影响，阐明AvrRxo1介导的水稻条斑病菌致病分子机制，以及OsPDX1和维生素B6在植物抗病反应中的作用及其机制。该研究有望首次揭示细菌通过效应因子与寄主的PDX1蛋白复合体互作负调控维生素B6水平，而对植物产生毒性和抑制植物的抗性；植物则可以通过上调维生素B6水平，从而激发植物抗病反应的相互作用机制。

由Xanthomonas oryzae pv. oryzicola（Xoc）引起的细菌性条斑病是水稻上最主要的细菌病害之一，不仅影响水稻的产量，而且降低稻谷的品质，目前对其分子机理还不甚清楚。水稻抗条斑病基因资源异常匮乏，造成该现象的原因之一是条斑病菌中存在抑制植物免疫的效应因子，如AvrRxo1能够抑制烟草的非寄主抗性，迄今尚不清楚其抑制植物免疫的作用机理，也不明确其在条斑病菌侵染水稻的毒性功能。该研究制备了条斑病菌AvrRxo1缺失突变体，发现该突变体不能攻克水稻气孔免疫，在水稻上致病力显著降低。利用酵母双杂交系统筛选到AvrRxo1在水稻中的互作蛋白OsPDX1.2，OsPDX1.2参与水稻维生素B6的合成。AvrRxo1具有蛋白酶活性，能够依赖ATP降解OsPDX1.2，降低水稻叶片和籽粒中维生素B6水平，部分解释了条斑病菌是如何影响水稻产量和品质的。OsPDX1.2和维生素B6正向调控水稻的气孔免疫，提高水稻对条斑病菌的抗性。首次揭示了维生素B6在水稻对病害抵抗中的作用，也为维生素B6在病害绿色防控中的应用奠定了基础。进一步研究发现，维生素B6是脱落酸合成途径中ABA3的辅因子，能够促进水稻中脱落酸的合成，而脱落酸促进气孔关闭，在植物气孔免疫中发挥重要作用。综上所述，条斑病菌分泌效应因子AvrRxo1靶向并降解维生素B6合成蛋白OsPDX1.2，降低水稻叶片和籽粒中维生素B6的水平，抑制脱落酸合成，从而促进气孔开放，帮助病原细菌侵入水稻。该研究首次阐明了植物与病原互作过程中，维生素B6和脱落酸生物合成的关系，以及水稻通过脱落酸介导的气孔免疫抵抗条斑病菌依赖于维生素B6。AvrRxo1效应因子靶向维生素B6的作用机理也部分解释了条斑病菌感染的稻谷品质差的原因。维生素B6是生命活动的重要辅因子，直接关系着细胞的正常生理功能和存活，目前我们对它的理解还非常有限，该研究将为今后进一步揭示维生素B6在植物中的作用及其与微生物互作的关系打开一扇窗户。