锌指结构转录因子在甜菜坏死黄脉病毒侵染过程中的作用机制研究

Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) is responsible for severe rhizomania disease of sugar beet worldwide. In our previous work, high pathogenic BNYVV strains have appeared in Xinjiang and Heilongjiang provinces and cause severe symptoms in resistant cultivars. Accordingly, it is urgent to screen and identify new host genes resistant to BNYVV infection. Plant C2H2-type zinc finger transcription factors play significant roles in plant development and plant stress response. In our preliminary data, overexpression of NbZAT11, a C2H2-C1-2i subclass member, facilitate the BNYVV infection, indicating that NbZAT11 is a recessive resistance gene for genome-editing plants. In this proposal, the NbZAT11 biological activity, the key functional domains, the downstream targets, as well as the regulatory network controlled by NbZAT11 will be extensively investigated to uncover molecular mechanisms of NbZAT11 in virus infections. These results will provide insight into the understanding of C2H2 transcription factors in response to biotic stresses and provide scientific support for the breeding of BNYVV resistant sugar beet varieties.

甜菜坏死黄脉病毒（Beet necrotic yellow vein virus，BNYVV）在世界范围内引起严重的甜菜丛根病。本课题组前期工作中发现我国新疆和黑龙江甜菜产区已经出现了BNYVV 强致病株系，导致已有的甜菜抗病品种抗性丧失，因此迫切需要筛选和鉴定新的寄主抗性基因。植物C2H2型锌指蛋白是重要的转录因子，在植物的生长发育和逆境调控中有重要作用。前期工作中，初步发现C2H2-C1-2i类群中的NbZAT11基因超表达有利于BNYVV的侵染，是一个潜在的隐性抗性基因靶标。本申请课题拟以NbZAT11为研究对象，深入研究NbZAT11的生物学功能，明确其关键功能区域、下游调控靶标和调控网络，揭示NbZAT11发挥功能的分子机制。本项目研究有助于我们了解C2H2型转录因子参与生物胁迫的作用机理，为未来改良甜菜品质和提高甜菜抗BNYVV提供科学依据。

由甜菜坏死黄脉病毒 (beet necrotic yellow vein virus, BNYVV) 引起的甜菜丛根病是甜菜生产中危害最严重的病害，主要通过种植抗性品种预防病害发生。但目前在我国新疆和黑龙江甜菜产区已经出现BNYVV强致病毒株，导致抗性品种病害加重。因此，需要建立稳定的BNYVV反向遗传学研究体系，筛选和鉴定新的寄主抗性基因或者感病基因来指导育种。本项目首先建立了稳定高效的BNYVV侵染本生烟和甜菜的研究体系，并对构建了一系列基于BNYVV RNA2、RNA3、RNA4和RNA5的多重基因表达载体化。该系统可以在本生烟和普通甜菜上同时表达四种外源蛋白，可用于在甜菜上的蛋白共定位研究，也可用于递送本生烟NbPDS基因的gRNA，在Cas9转基因本生烟株系形成白化表型，成功实现基因编辑。其次，我们鉴定到一个受病毒侵染诱导表达的C2H2型转录因子NbZAT11基因，证明NbZAT11及其甜菜同源基因Bv ZAT11为感病基因，能显著促进BNYVV的侵染。NbZAT11 RNAi转基因株系则显著抑制BNYVV的侵染。NbZAT11的锌指结构和ERA motif都是其发挥功能所必须的关键区域。NbZAT11作为转录抑制因子，在本生烟叶片上瞬时表达时能显著抑制SA介导的NbPR1表达，而突变体NbZAT11△EAR没有抑制NbPR1诱导表达的能力。凝胶迁移实验表明6His-MBP-NbZAT11重组蛋白可以结合NbPR1启动子区。由结果推测NbZAT11可能通过抑制PR1基因表达来负调控本生烟的免疫通路。我们的研究说明NbZAT11及甜菜同源基因BvZAT11是潜在的隐性抗性基因靶标，可为甜菜抗病育种提供基因资源和科学依据。