细胞自噬参与植物对大丽轮枝菌免疫反应的分子机制研究

Plant autophagy plays critical roles during the immune responses through interfaces either directly with intracellular pathogens or indirectly with immune signaling molecules, and the mode of actions are various depending on the types of the plant pathogen and the causal disease. Currently,the researches for participation of autophagy in plant immunity are mainly centered on a few leaf and friut diseases, corresponding researches on vascular diseases are seldomly reported. Our previous studies indicated that autopahgy is involved in plant immunity against Verticillium dahliae infection and act as a “pro-survival” factor, but the authentication mechanism is unkown. The aim of this study is to eluciate the related molecular mechanism using Arabidopsis as a model. First, we will be focused on the plant resistance related proteins, signaling pathways, metabolism pathways that response to V.dahliae infection and also affected by autophagy defection. Then the relationship between autophagy and cell death, chloroplast degradation in the diseased leaves will be studied in detail. Finally, the involvement of autopahgy in vascular tissue resistance will be thoroughly investigated. The results will not only deepen our understanding of relationship between autophagy and plant immunity, but also provide the theoretical basis for controlling plant vascular diseases caused by V.dahliae, eventually, serve and direct the agricultural application.

在植物抗病防御过程中，细胞自噬可通过直接或间接作用于免疫信号分子而发挥重要作用，其参与作用的方式随病原菌和病害的类型不同而相异。当前，细胞自噬参与植物免疫应答的机制研究主要集中在少数果实和叶部病害，其参与植物对维管束病害的免疫尚无报道。我们前期研究工作表明，植物细胞自噬能够参与拟南芥对大丽轮枝菌的免疫反应且起到“促生”的作用，但其机制尚不明确。本研究拟以拟南芥为模式植物，采用分子遗传学、细胞生物学及生物化学相结合的方法分离受细胞自噬缺失影响的抗病信号分子、应答蛋白或抗病信号途径；寻找细胞自噬在重塑植物先天免疫反应过程中所影响到的代谢、信号转导或其它生物途径。探索感病反应（细胞死亡、叶绿体降解）与植物细胞自噬的关系；分析细胞自噬与维管束组织结构抗性的关联。相关研究结果不仅能够揭示一种新的细胞自噬参与植物免疫应答的机制，而且能够对植物黄萎病抗性机制产生新认识。

细胞自噬在植物中具有多种生理功能, 参与到生长发育、免疫、衰老及对非生物胁迫的应答等过程中。自2005年首次发现细胞自噬能够参与植物免疫以来，越来越多的证据表明细胞自噬能够参与植物免疫且发挥重要作用，但对其作用机制还知之甚少。在本项目中，我们发现细胞自噬能够参与植物对维管束病害病原菌—大丽轮枝菌的免疫，基于iTRAQ蛋白质组学分析技术，从野生型和突变体拟南芥中总共分离到780个对大丽轮枝菌有差异应答的蛋白，通过生物信息学预测发现其中193个为ATG8家族互作蛋白并在烟草瞬时表达体系中对部分蛋白进行了验证。生物信息学、细胞学及生物化学分析揭示了细胞自噬介导拟南芥对大丽轮枝菌免疫的三个重点方面：1) 细胞自噬参与诱发早期防御反应。2) 线粒体自噬在免疫应答过程中发挥重要作用。3) 细胞自噬能促进木质部增生从而增强植物对维管束病害的耐受性。这些研究结果从一个新角度揭示了拟南芥对大丽轮枝菌的抗性和耐受机制，增进了对细胞自噬参与植物先天免疫新机理的了解。研究细胞自噬在植物免疫中的作用和机制，能从物质降解角度了解植物-病原体互作中细胞内平衡的重建和维持，明确细胞自噬与植物抗性的关系，使通过特异控制细胞自噬发生而改良植物抗性成为可能，具有重要的科学意义。迄今，在权威杂志上发表有该基金标注的文章3篇，培养博士生2名。