尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种特异效应蛋白对香蕉致病性的机理研究

Fusarium oxysporum f.sp.cubense (Foc) causes Banana Fusarium Wilt and leads into serious economic losses in banana planting area worldwide as well as in China. Two races, F.f.sp.cubense race 1 (Foc1) and F. oxysporum f.sp.cubense race 4 (Foc4) have been isolated in China. Foc1 is a non-pathogenic to Cavendish banana, while Foc4 shows highly pathogenici to Cavendish banana. Based on the genome sequences of Foc1 and Foc4 from public database, Effectors specific to Foc4 have been screened and some mutants of these genes have been generated. Of them, Foc4E5 mutant completely lost pathogenicity to Cavendish banana. In this project, we propose to investigate the function of Foc4E5 on host specificity and the banana innate immunity responses. The targets of Foc4E5 in banana will be screened to illuminate how a fungal effector contribute to virulence in host plant. The outcome of this project will provide fundamental basis for the new strategy to control Banana Fusarium Wilt.

尖孢镰刀菌古巴专化型（Foc）是香蕉枯萎病的病原菌，是影响世界香蕉产业的最大因素，也是造成我国香蕉减产的最主要原因。我国香蕉枯萎病菌有1号生理小种（Foc1）和4号生理小种（Foc4），其中Foc4是强致病性小种，也是我国香蕉（卡文迪什香蕉，又称巴西蕉）枯萎病的优势小种。根据已经发表的Foc1和Foc4的基因组序列，我们筛选出Foc4特有效应蛋白基因通过构建突变体进行致病性检测，其中Foc4E5基因的突变株完全丧失对香蕉的致病性。本项目拟进一步研究Foc4E5对香蕉寄主专化性和先天免疫反应的影响、分离它们在香蕉中的靶标因子，阐明Foc4E5对香蕉的致病机理。本项目利用原生质体瞬时表达系统研究Foc4E5对植物先天免疫反应的影响，不但可以深入理解Foc4E5对香蕉的作用机理，也将对建立新的香蕉枯萎病防控策略提供理论基础。

枯萎病是造成世界范围内香蕉减产的主要因素。引起香蕉枯萎病的主要病原菌为尖孢镰刀菌古巴专化型（Foc）。目前我国鉴定到了该病原菌的1号（Foc1）和4号生理小种（Foc TR4），其中Foc TR4致病力极强，为香蕉园区的主要病原菌。效应蛋白在病原菌对寄主植物的侵染、定殖过程中起着重要作用。通过比较基因组及生物信息学分析，我们预测到了14个Foc TR4特有的效应蛋白。通过构建这些蛋白编码基因的敲除突变株、以及突变株的表型分析，发现效应蛋白SE1和E5在Foc TR4的致病力中起着重要作用。SE1的缺失导致病原菌的对香蕉植株的致病力增强。亚细胞定位表明SE1为胞外分泌蛋白；烟草瞬时表达说明该蛋白不会引起植物的PTI反应。通过酵母双杂交，我们发现SE1能够与植物的一个MYB类转录因子相结合。而E5的缺失导致病原菌的致病力严重下降。通过筛选互作蛋白，发现E5能够与香蕉植株中的MaPR6相互作用，说明它能够直接抑制植物的抗病反应。此外，为了提高效应蛋白预测的精确度，我们建立了胞外蛋白结合生物信息学预测的体系，并成功预测到了Foc TR4中一系列含有已知或未知保守结构的效应蛋白。通过初步分析，已经鉴定了部分与病原菌致病力有关的效应蛋白。本研究成功鉴定到了与Foc TR4致病力密切相关的效应蛋白，并对部分蛋白调控致病力的分子机制做了进一步解析，为香蕉抗病分子育种提供了一定的理论依据。