致病疫霉RxLR效应蛋白SFI7抑制马铃薯ETI免疫反应的分子机制研究

Potato is the third most important food crop in the world. However, it suffers from one of the most destructive diseases late blight that is caused by oomycete pathogen Phytophthora infestans. To successfully infect plants, plant pathogens secrete arsenal of effectors to interfere with plant immunity. Previous studies showed that the RxLR effector SFI7 from P. infestans is an important effector protein. Transient expression of the SFI7 in Nicotiana benthamiana enhances susceptibility to P. infestans. Moreover, SFI7 could suppress AVR2-triggered immunity by the interaction between SFI7 and phosphatase StBSL1. And the SFI7 can also suppress the cell death triggered by the RxLR effector PITG_22798 from P. infestans. In this project, we focus on SFI7. Genetic modification technology will be used to identify the virulence function of SFI7 in potato. Pull-down, co-immunoprecipitation, isothermal titration calorimetry assays will be utilized to explore if the SFI7 binds to StBSL1 more tightly than AVR2. And the effect of SFI7 on phosphatase activity will be analyzed. Base on these studies, we are able to illuminate the mechanism of SFI7 to suppress effector-triggered immunity in potato. This project will provide important clues for the pathogenesis of P. infestans.

马铃薯是世界第三大粮食作物，然而由致病疫霉所引起的晚疫病严重威胁着马铃薯生产。为了成功侵染植物，病原菌会分泌效应蛋白以干扰寄主植物抗病免疫系统。前期研究发现致病疫霉RxLR效应蛋白SFI7是一个重要效应蛋白，超量表达后显著促进致病疫霉侵染本氏烟草。此外，SFI7除抑制RxLR效应蛋白PITG_22798介导的细胞死亡反应外，还能通过与马铃薯磷酸酶StBSL1互作进而抑制AVR2激发过敏反应。本项目拟以SFI7基因为突破口，通过转基因技术明确SFI7基因的毒性功能。结合Pull down、免疫共沉淀、等温滴定量热法等技术鉴定SFI7与AVR2竞争互作StBSL1蛋白，同时分析SFI7对磷酸酶StBSL1活性的影响，初步解析SFI7抑制马铃薯ETI免疫反应机制，最终为揭示致病疫霉的致病机理提供重要线索。

项目以致病疫霉菌效应蛋白SFI7（无毒蛋白PiAVR3b）为切入点，围绕其功能与分子机制等方面开展研究，旨在阐述致病疫霉菌的致病分子机制。经过三年的实施，主要取得以下3个方面成果：1）在效应蛋白SFI7无毒功能方面，我们系统研究了SFI7与抗病蛋白Rpi-R3b识别机制。通过构建不同短截载体，发现了SFI7蛋白C端1个含有61个氨基酸区域为SFI7识别核心功能域。另外Rpi-R3b识别SFI7需要SFI7的细胞核定位及细胞死亡相关基因SGT1和HSP90参与。结果为完善无毒蛋白与抗病蛋白间多样性识别机制提供证据。2）在效应蛋白SFI7毒性功能方面，我们构建了SFI7超量表达马铃薯转基因株系。接种鉴定发现转基因株系的感病性增强。利用转录组测序技术，发现野生型和转基因株系共有679个差异表达基因，其中上调表达基因208个，下调表达基因471个。这些差异表达基因显著富集到植物与病原物互作、苯丙烷生物合成以及植物激素信号转导等代谢途径。转录组分析结果在一定程度上解析了效应蛋白SFI7的毒性分子机制。3）在效应蛋白SFI7寄主靶标鉴定方面，通过酵母双杂交和荧光素酶互补实验鉴定到5个候选靶标，分别是蔗糖非发酵1相关蛋白激酶SNF1、Myb转录因子类似物、核糖体相关蛋白p40-类似物、pre-mRNA剪切因子类似物、锌指蛋白1-类似物。同时，利用基因沉默技术初步验证了候选靶标蛋白功能。已发表论文14篇，其中SCI论文2篇，北大中文核刊论文9篇，会议论文3篇。尚有1篇SCI论文正在二审中。授权2项新型实用专利。本项目为马铃薯与致病疫霉菌识别多样性及致病疫霉菌致病机制提供有力证据。