类受体蛋白Ve1抗病信号通路新成员的发掘及其调控作物黄萎病抗性的机理解析

Verticillium wilts caused by soil-borne fungal pathogens of the genus Verticillium are economically important plant diseases that affect a wide range of economically important crops, and are notoriously difficult to combat, often result in significant yield and quality losses in crops worldwide. It has been previously demonstrated that only tomato Ve1 has been cloned and characterized as a dominant gene responsible for race-specific Verticillium resistance upon recognition of the effector Ave1 secreted by race 1 strains of Verticillium spp.. Tomato Ve1 encodes a cell surface-localized immune receptor protein that belongs to the group of receptor-like proteins (RLPs), which, unlike receptor-like kinases, lack a cytoplasmic kinase signalling domain. Despite recent advances, such RLP-type immune receptor protein activation mechanisms as well as early downstream signalling events remain poorly understood. ..The project aims at identifying putative components required for Ve1-mediated Verticillium resistance upon recognition of the effector Ave1 by a combination of RNA sequencing, co-immunoprecipitation (Co-IP) and mass spectrometry (MS) assays of eGFP-tagged Ve1 in Nicotiana tobacum. The role of the identified component(s) in Ve1-mediated resistance upon recognition of the effector Ave1 will be understood by using different assays. These results will greatly contribute to the elucidation of the molecular mechanisms the interaction between Verticillium and its host plant species, specifically pathogen recognition and early immunity signalling, and lay a solid foundation for engineering Verticillium wilt resistance in crops.

长期以来，黄萎病的防治是农业生产中的世界性难题，也是我国多种作物生产中的重要限制因素之一，经常造成作物生产中的严重损失。前期研究表明，目前唯一的作物抗黄萎病主效基因Ve1编码类受体蛋白类型的细胞膜免疫受体，由于缺少胞内的激酶结构域，人们对于这类细胞膜免疫受体下游的信号转导过程还缺乏深入的了解。本项目以我们前期成功验证类受体蛋白Ve1能在烟草中介导对黄萎病病原轮枝菌1号生理小种(能分泌Ave1蛋白)抗性的基础上，进一步利用已经获得的转Ve1基因烟草材料，通过转录组测序，以及免疫共沉淀结合质谱分析技术挖掘Ve1抗病信号通路下游信号转导的新成员，并解析其如何参与调控Ve1介导的抗病信号转导过程，以期初步阐明新成员如何将激活的Ve1信号转导至免疫受体下游的分子机制，为作物抗黄萎病性状改良提供理论依据和基因资源。

黄萎病的防治一直是农业生产中的世界性难题，也是我国包括棉花和马铃薯等在内的多种作物生产中的重要限制因素之一，经常造成作物生产中的严重损失。番茄Ve1是植物对抗黄萎病病原轮枝菌1号生理小种菌株侵染的主效抗病基因，并且在其他作物抗黄萎病育种中具有重要的潜在应用价值。前期研究表明，番茄Ve1能够在番茄、烟草和棉花等作物中介导黄萎病病原轮枝菌1号生理小种（能分泌Ave1蛋白）的抗性，暗示依赖于Ave1激活的Ve1介导的植物抗黄萎病信号通路在不同物种中具有进化上的保守性。番茄Ve1编码类受体蛋白类型的细胞膜免疫受体，由于缺少胞内的激酶结构域，人们对于这类细胞膜免疫受体下游的信号转导过程还缺乏了解，这也是研究者一直所关心的重要问题。已有研究显示，类受体胞质激酶（RLCKs）常作为细胞膜受体信号路径下游的共同组分。其中，类受体胞质激酶第七亚家族（RLCK-VII）成员常作为细胞膜免疫受体信号通路的关键组分。鉴于此，我们推测类受体胞质激酶（特别是RLCK-VII亚家族）家族成员同样参与了细胞膜免疫受体番茄Ve1介导的黄萎病抗性下游信号通路，但具体成员仍需鉴定。本项目首先利用现有的番茄基因组信息，对番茄中的类受体胞质激酶基因（SlRLCK）家族进行了系统分析，在此基础上，借助转录组测序分析了番茄在接种大丽轮枝菌1号生理小种菌株以及相应Ave1删除突变体菌株条件下发生差异表达的基因，鉴定到14个候选番茄RLCKs可能在Ve1介导的黄萎病抗性下游信号通路发生差异表达。病毒诱导的基因沉默技术初步揭示RLCK-VII亚家族成员SlRLCK56、TPK1b/SlRLCK57、SlRLCK58、SlRLCK59和SlRLCK60可能以单独或功能冗余的形式调控Ve1介导的作物黄萎病抗病反应，该研究有助于深入解析类受体胞质激酶成员调控Ve1介导的作物黄萎病抗病性信号转导的机制，也为作物抗黄萎病性状改良提供理论支撑。