抑制植物免疫反应的南方根结线虫分泌型泛素类蛋白的鉴定与功能分析

Ubiquitination plays a key role in the plant immunity signaling pathways. Some plant pathogens disturb the plant immune signaling by secreting ubiquitin proteins into the plant cells thereby benefiting their infection and reproduction. It is now believed that at least 13 kinds of secretory ubiquitin proteins(SUPs) exist in the secretions of M. incognita. We have discovered that transcription of several Mi-SUPs up-regulate during the parasitic stage of M. incognita, which indicates that these genes might have a role in nematode parasitism. However, the exact effect of Mi-SUPs on plant cells is still unknown, and needs further studies. This study will therefore, investigate the function of Mi-SUPs in respect to suppress plant immunity signaling by transiently expressing these in Nicotiana benthamiana leaves. Also, nematode gene silencing and plant over-expression will be carried out to study the role of Mi-SUPs in nematode parasitism and regulating plant resistance. Additionally, interaction mechanism of Mi-SUPs will be analyzed by interactional proteins identification. Our study will aid to the understanding of root-knot nematode-host plant interaction mechanism, thereby providing potential targets for development of novel control strategies against M.incognita.

植物体的免疫反应受泛素化途径调控，植物病原物可分泌泛素类蛋白干扰寄主的免疫信号通路，帮助自身侵染和繁殖。南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的口针分泌蛋白中至少含有13种分泌型泛素类蛋白（secretory ubiquitin proteins，SUPs），许多Mi-sups基因在线虫侵染期上调表达，表明这些基因可能与线虫寄生相关，但Mi-SUPs蛋白进入植物体后的功能尚需进一步研究。本研究拟通过将Mi-sups基因在本氏烟草叶片中瞬时表达后分析烟草免疫反应的变化，筛选抑制植物免疫反应的Mi-SUPs；再通过对Mi-sups的基因沉默和烟草过表达研究，明确Mi-sups对线虫寄生能力和对植物免疫反应的作用；通过本氏烟草中互作蛋白的鉴定，进一步明确Mi-SUPs的作用靶标和作用机制。本研究结果对进一步揭示根结线虫与寄主植物的互作机制、寻找潜在控病靶标等具有重要意义。

植物病原物可分泌泛素类蛋白干扰寄主的免疫信号通路，帮助自身侵染和繁殖。南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的口针分泌蛋白中含有大量分泌型泛素类蛋白（secretory ubiquitin proteins，SUPs），可能参与根结线虫对植物免疫反应的调控。本研究根据南方根结线虫分泌蛋白组、全基因组数据库及转录组数据库，筛选并扩增得到50个Mi-SUPs候选基因，利用农杆菌介导候选基因在本氏烟草叶片中瞬时表达，通过接种致病疫霉的方法，从中筛选到6个调控植物防卫反应的基因。针对由南方根结线虫背食道腺分泌的类分泌粒蛋白基因SCG5（Secretogranin V）-MiSCG5L，通过发育表达模式研究和亚细胞定位，明确了该基因主要在线虫侵入植物后3天表达，其编码蛋白作用于植物细胞核；通过研究农杆菌介导MiSCG5L瞬时表达对激发子flg22和elf18激发防卫反应相关基因表达水平和活性氧积累的影响，明确了MiSCG5L能够强烈抑制flg22和elf18激发的烟草防卫反应基因WRKY8、WRKY7、PTI5、GRAS2 和ACRE31的表达，以及活性氧的积累；利用dsRNA介导的基因沉默，发现MiSCG5L基因表达水平降低显著降低M.incognita 2龄幼虫的寄生能力；而在本氏烟草中过表达MiSCG5L并不能促进M.incognita的侵染，但可以恢复由于MiSCG5L基因沉默导致侵染能力下降，以上结果表明，MiSCG5L对于M.incognita的寄生能力起关键作用。另外，本研究还构建了本氏烟草的cDNA文库，开展了MiSCG5L在本氏烟草体内的互作蛋白的筛选。本研究筛选并研究了南方根结线虫调控植物免疫反应的效应蛋白，初步阐释了MiSCG5L的作用机理，深化了对根结线虫致病机制的了解；同时，本研究发现MiSCG5L的基因沉默速度快、效率高，可作为RNAi防治根结线虫的候选靶标基因。