小麦木菠萝素相关蛋白结构域的功能解析

茉莉酸在植物的抗性和防御反应中起重要作用。茉莉酸诱导蛋白（JRP）作为茉莉酸信号的主要诱导产物，对其生物学功能的发挥具有重要作用，其中分子量为32 kDa的JRP32是一类功能未知的蛋白质。我们在已经完成的基金委项目中，通过分析小麦JRP32的编码基因Ta-JA1，证明这是一类具有两个结构域组成的木菠萝素相关蛋白，它只存在于禾本科植物中，具有广谱的抗病活性。本项目在此工作的基础上，拟进一步解析这种模块蛋白质不同结构域的作用，通过蛋白表达、生化分析、凝集素测定、抗性分析以及转基因植物等综合手段分析Ta-JA1不同结构域的生物学功能，以及对整个蛋白质作用的贡献，从而阐明Ta-JA1在植物抗性和防御反应中的作用机理，探索通过结构域修饰或者组合以形成新的抗性蛋白的可能性，为重要农作物的抗性分子育种提供新的途径和理论依据。

茉莉酸作为重要的植物激素，在植物的防御反应中发挥着重要作用。茉莉酸诱导蛋白（JRP）是茉莉酸主要的诱导产物，对其生物学功能的发挥具有重要作用，其中分子量为32 kDa的JRP32是一类功能未知的蛋白质，我们实验室以前的工作已经证明，小麦JRP32蛋白 Ta-JA1作为木菠萝素相关蛋白，具有广谱抗病功能。本项目进一步解析了这类蛋白质不同结构域的作用机理。通过体外蛋白表达，高效表达了Ta-JA1不同的结构域。凝集素测定和生化分析表明，木菠萝素结构域能够有效凝集血红细胞和烟草野火病菌，而Dirigent结构域没有这种作用。在转基因烟草中分别表达了不同的结构域，抗性分析表明，木菠萝素结构域与全长Ta-JA1均具有增强植物抗野火病的作用，而过表达Dirigent结构域对转基因植物的抗病性没有明显的影响。上述结果表明，此类只存在于禾本科植物的木菠萝素相关蛋白，其生物学功能主要依赖于木菠萝素结构域。进一步的基因进化分析表明，这类基因经过了明显的纯化选择，可能在作物的驯化进化过程中发挥重要作用。根据我们的研究结果，结合国际上的进展，我们首次提出这是一类新型的植物凝集素，命名为单子叶植物嵌合木菠萝素。这类基因在禾本科重要农作物的分子育种中具有重要的理论意义和应用前景。这些结果圆满完成了本项目的研究目标。