固有无序蛋白模块在大豆疫霉效应子转运和功能中的作用解析

Intrinsically disordered proteins (IDPs) are flexible proteins which lack a stable tertiary structrue under native conditions while possessing essential biological function and unique mechanism. Phytophthora sojae produces large number of effectors to manipulate plant immunity. We found abundant disordered protein modules with unusual distribution pattern and conservation in these effectors, suggesting potential important functions. Here, two P. sojae effectors, Avr1b and Avr1k, will be studied. The mutants of N-terminal disordered modules will be constructed to investigated the influence on the translocation and binding with phosphatidylinositol. The role of disordered modules in the process of inducing ETI and ETS will be studied by constructing C-terminal disordered modules. Combined with obtained target proteins of Avr1b and Avr1k by yeast two-hybrid system, we aim to explore the influence and mechanism of disordered modules in the interaction between effectors and targets. These results will aid the understanding of function and possible mechanism of disordered modules in Phytophthora effectors, and open new avenues to explore effector mechanisms, and provide important thenretical significance to explain the molecular basis of interaction between Phytophthora and plants.

固有无序蛋白质在自然条件下呈“柔性”状态，不能独自形成稳定的三维结构，具有重要的生物学功能和独特的工作机制。疫霉菌产生大量效应子来调控植物的免疫反应，我们前期发现这些效应子中存在丰富的无序蛋白模块，其分布方式和保守性说明它们可能具有未知的重要功能。本研究拟选择大豆疫霉两个重要效应子（Avr1b和Avr1k）为对象，首先构建其N端转运区中的无序模块突变体，分析其对效应子转运和与磷脂酰肌醇结合的影响；然后构建C端功能域中无序模块突变体，分析其对诱导植物ETI和ETS发生的作用；最后结合酵母双杂交技术获得的Avr1b和Avr1k靶标蛋白，研究无序模块对其与靶标互作的影响及机制。本研究将明确这类无序模块在疫霉效应子中的功能与可能机制，在研究方法上为疫霉效应子研究提供新思路，在理论上有助于解释疫霉与寄主的分子互作基础。

疫霉菌是一类重要的植物病原菌，能引起农业上多种重要作物的毁灭性病害。疫霉菌能分泌大量效应子来抑制寄主植物的防卫反应，因此研究疫霉菌效应子在其与寄主互作中的功能与机制是解析该病害发生和开发病害控制措施的重要手段。本项目以无序蛋白模块为切入点，研究发现RxLR效应子含有丰富的无序蛋白，显著高于其他效应子家族。无序蛋白模块显著富集在效应子的RxLR-dEER区域，可能与效应子的转运相关；无序蛋白模块在效应子的C端功能域尤其是W/Y/L基序的含量较少。构建了PsAvh18和PcAvh207效应子C端功能域的无序蛋白模块突变体，该突变体丧失了在植物上诱导细胞死亡的能力，说明无序蛋白可能参与效应子的毒性功能。本研究在方法上为卵菌效应子研究提供新思路，在理论上有助于解释卵菌与寄主的分子互作基础。我们又研究了辣椒疫霉侵染拟南芥不同时期的转录组，发现富含无序蛋白模块的效应子在侵染阶段显著上调表达，可能参与了疫霉的致病过程。我们还研究了寄生疫霉侵染本氏烟早期的转录组，发现本氏烟的自身代谢和防卫反应相关的基因大量被激活，用来应对疫霉的侵染。以上研究成果将为效应子的机理研究提供新的思路。受本项目资助，项目负责人以第一作者或并列第一作者在《Current Genetics》、《Plant Growth Regulation》和《Fungal Biology》等国际期刊上发表SCI论文6篇。