稻瘟菌无毒基因AvrPii介导的水稻抗病信号调控机制研究

Rice blast, caused by Magnaporthe oryzae, has been recently voted to be one of top 10 plant fungal diseases (Dean et al., 2012), and is also the most devastating disease for rice. Elucidating the function of M. oryzae effectors involving in modulation of rice defense signaling is critical and helpful for understanding the pathogenesis of the fungus. The blast Avr effector protein AvrPii, perceived by the R protein Pii, has been demonstrated to be secreted into rice cells. However, what the function of AvrPii is in rice and how AvrPii involves in modulation of rice defense signaling remains unknown. In this project, we propose to investigate 1) the biological function of an Ankyrin protein AvrPii-interacting protein 8 (AVIN8) in rice; 2) the defense signaling pathway mediated by AVIN8; and 3) the interacting relationship among AVIN8, AvrPii and the R gene Pii. Results from the proposed study will provide new insights into the mechanism of M. oryzae effectors-mediated defense modulation in rice, and also generate new resistance materials for rice gene-targeting breeding.

稻瘟病作为新近评选的植物十大真菌性病害之一(Dean et al., 2012)，是水稻生产中危害最严重的病害之一。解析稻瘟菌效应蛋白(Effector proteins)在水稻抗病信号调控中的功能，是认识稻瘟菌致病机制的重要研究方向。稻瘟菌无毒效应蛋白AvrPii虽已证明能够被分泌进水稻细胞中，但对于AvrPii在水稻中的功能，及其如何参与水稻抗病信号调控等问题仍不清楚。本项目将针对该问题，以前期研究中利用酵母双杂交筛选获得的一个AvrPii在水稻中的互作基因AVIN8为研究对象，系统研究1) AVIN8的生物学功能；2) AVIN8介导的水稻抗病信号调控途径；3）AVIN8与AvrPii及抗病基因Pii之间的互作调控关系，以揭示AvrPii/AVIN8互作介导的抗病信号调控机制，为深入认识稻瘟菌效应蛋白介导的抗病信号调控机制提供新的信息和证据，并为水稻抗病育种提供新的靶向改良基因资源。

稻瘟病是水稻危害最严重的病害之一，水稻与稻瘟菌互作系统已成为研究和认识植物与病原菌分子互作机制的模式系统之一。解析病原菌效应蛋白与物抗病信号间的交互作用机制是揭示植物与病原菌互作中病原菌致病机制和植物防卫反应分子机理的关键。稻瘟菌无毒效应蛋白AvrPii能够被抗病蛋白Pii识别并激活抗病反应，但是哪些信号成分参与了AvrPii/Pii介导的抗病反应途径，及Pii与AvrPii的识别方式等问题仍不清楚。. 本课题组前期研究从水稻中筛选到8个AvrPii互作蛋白基因（AvrPii-interacting protein 1-8, AVIN1-8），本项目对其中AVIN8基因的功能进行了研究。研究结果表明AVIN8基因编码一个植物细胞膜和核膜定位的Ankyrin 重复结构域包含蛋白，AvrPii蛋白在植物的全细胞表达。离体和原位互作证明了AVIN8与AvrPii的分子互作，且AVIN8与AvrPii蛋白互作定位在植物的细胞膜和核膜上。通过构建AVIN8基因在不含Pii的日本晴和含Pii的近等基因系中过表达、RNAi沉默和CRISPR/Cas9基因编辑转基因水稻，以及鉴定中花11背景下AVIN8基因T-DNA突变体，并构建了AvrPii在日本晴中的异源表达转基因水稻，对AVIN8的生物学功能进行了研究。结果表明AVIN8负调控水稻对稻瘟病的抗性。在不含Pii情况下，RNAi沉默AVIN8上调了防御相关PRs基因的表达，而过表达则抑制了其表达；在含Pii的情况下，过表达AVIN8则上调PRs基因的表达；在不含Pii的日本晴中，异源表达AvrPii抑制了AVIN8的表达，并激活PRs基因的表达。综上表明，AVIN8作为水稻PTI和ETI信号调控的一个关键因子，负调控水稻PTI介导的抗病反应，而正调控水稻ETI介导的抗病反应。 . 本项目研究结果明确了水稻中膜蛋白AVIN8交互调控ETI和PTI信号的功能，初步揭示了稻瘟菌效应蛋白AvrPii通过操控水稻ETI和PTI信号中关键分子AVIN8而调控植物抗病性的分子机制，为深入认识植物病原菌效应蛋白与植物抗病信号间的交互作用分子机制提供了直接的证据，也为利用分子设计育种方法培育抗病水稻新品种提供了重要的理论支撑和基因靶标。