锈菌效应蛋白PNPi与小麦脂质转移蛋白TaLTP3的分子互作研究

Systemic acquired resistance (SAR) in plant is a mechanism of induced defense that confers long-lasting protection against a broad spectrum of micro-organisms. NPR1 is a key transcriptional co-regulator of SAR. In our previous research, we have found a virulent wheat rust effector directly targeting wheat TaNPR1 protein, designated as Puccinia NPR1 interactor (PNPi). Subsequent research revealed multiple targets of PNPi in plants. One of the targets, lipid transfer protein LTP3, was predicted to be involved in the signal transduction of plant response to biotic stress and SAR. To clarify the molecular interaction between rust effector PNPi and wheat lipid transfer protein TaLTP3, relative assays in protein interaction validation and gene functional characterization will be carried out. This designated project will greatly improve our knowledge on single rust effector with multiple plant targets, also provide valuable clue to enhance wheat resistance to various pathogens.

植物在应对初生病原菌侵染的抗病过程中，会产生对次生病原菌的“系统获得抗性SAR”反应，而NPR1蛋白是模式植物SAR中的重要转录调控因子。本课题组前期研究发现小麦条锈菌效应蛋白PNPi可通过靶标小麦TaNPR1蛋白抑制植物防卫反应。进一步研究表明PNPi在植物体内存在其他互作靶标，其中脂质转移蛋白LTP3在植物抗病反应及SAR的信号转导过程中起关键作用。目前为止，关于单一锈菌效应蛋白靶标植物多个不同位点的研究虽然鲜有报道，但却是效应蛋白研究领域的重要科学问题。本项目拟从蛋白互作及基因功能验证两方面入手，研究锈菌效应蛋白PNPi与小麦脂质转移蛋白TaLTP3的分子互作机制，为提高麦类作物综合抗病水平提供新思路。

本课题围绕单一锈菌效应蛋白靶标植物多个不同位点这个关键科学问题，开展研究，顺利完成了课题，并取得了一些重要进展。目前，项目申请人依托本项目发表SCI论文8篇，其中以第一或通讯作者发表SCI论文6篇；以第一专利权人申请国家发明专利4项；培养博士研究生1名、硕士研究生2名。在论文、专利和人才培养方面均已完成课题预期的指标。.在本研究中，我们解析了小麦锈菌效应蛋白PNPi在胞外靶标小麦脂质转移蛋白TaLTP3和病程相关蛋白TaPR1a的致病分子机制。明确了PNPi多重靶标植物抗病关键蛋白的互作位点及抑制植物抗病反应的通路。制备了抗病关键蛋白相关小麦转基因材料，在小麦广谱抗病遗传改良方面极具潜力。另一方面，我们明确了小麦叶锈菌侵染过程的转录表达特征。从全基因组水平鉴定得到包括PNPi类似效应蛋白在内的保守结构效应因子。进一步对部分效应因子进行了植物靶标验证与初步功能解析。.综上所述，本课题的开展对于明确小麦锈菌致病分子机制具有重要意义，为锈病防控和小麦抗病遗传改良提供了新思路与创新型种质资源。