水杨酸调控细胞胞吞在水稻抗稻瘟病中的功能研究

Endocytosis is tightly connected with plant immunity, we found salicylic acid can effectively inhibit the endocytosis of plasma membrane proteins in dicotyledon Arabidopsis. However, whether salicylic acid involves in regulation of endocytosis of monocotyledon rice remains unclear. Our preliminary study found that rice roots treated with different concentration of salicylic acid resulted in the endocytosis of plasma memberane proteins were obviously changed. It showed low concentration of salicylic acid already effectively inhibited endocytosis of rice plasma membrane proteins, furthermore, resistance rice lines showed lower endocytosis capability. It implies that salicylic acid-mediated endocytosis plays an important role in the resistance of rice against rice blast. In this project we will focus on this outstanding science issue. We will use near-isogenic lines that show different resistance to rice blast and treat them with salicylic acid and chemical inhibitors related to protein transport and endocytosis signaling pathway, and then check their effects on the endocytosis of plasma membrane proteins and rice blast fungus effectors with molecular and cellular method. We will identify the role of different proteins involves in salicylic acid signaling pathway, endocytosis pathway and cytoskeleton as salicylic acid regulates the endocytosis of resistant or compatible rice line. Our study will reveal the molecular mechanism of salicylic acid-mediated endocytosis in rice blast resistance, and provide a new strategy to breed resistance rice lines against rice blast.

细胞胞吞与植物防御反应紧密有关，我们发现水杨酸能有效抑制拟南芥细胞膜蛋白的胞吞。但是水杨酸是否在水稻中同样参与调控胞吞，尚未有任何研究报道。我们在前期工作中发现，水稻根尖组织经不同浓度水杨酸处理，膜蛋白在细胞质中的胞吞发生了显著变化，低浓度水杨酸已能有效抑制水稻细胞膜蛋白的胞吞，而且稻瘟病抗性株系表现出更低的膜蛋白胞吞水平，预示水杨酸介导的胞吞作用在水稻对稻瘟病抗性反应中担当了重要角色。本课题拟对这一重要科学问题进行深入研究，选用对稻瘟病抗性有明显差异的水稻近等基因系为材料，经水杨酸、蛋白转运抑制剂及与胞吞途径相关的药物进行处理，利用分子及细胞生物学的手段，深入研究水杨酸处理对膜蛋白及稻瘟病菌效应蛋白胞吞的影响，明确水杨酸信号途径、胞吞途径及细胞骨架等相关蛋白在水杨酸调控抗感株系间胞吞作用的差异，探明水杨酸调控水稻胞吞在水稻对稻瘟病抗性反应中的分子机理，为水稻抗稻瘟病育种提供新的对策。

细胞胞吞与植物防御反应紧密有关，我们发现水杨酸能有效抑制拟南芥细胞膜蛋白的胞吞。但是水杨酸是否在水稻中同样参与调控胞吞，尚未有任何研究报道。此外，水稻防御稻瘟病与胞吞的联系还不清楚。为揭示胞吞与水稻抗病及发育的关系，项目开展了如下研究内容：1，水杨酸诱导水稻对稻瘟病抗性的检测；2，细胞膜蛋白胞吞与稻瘟病抗性的检测；3，内源性水杨酸抑制水稻胞吞的作用；4，水杨酸对水稻细胞膜蛋白胞吞的抑制作用，5，稻瘟病菌效应蛋白胞吞和细胞定位的观察；6，水杨酸调控水稻胞吞与水稻抗稻瘟病的效果的检测；7，水杨酸抑制胞吞与水稻根系发育的联系；8，抗水杨酸的水稻EMS突变体的筛选；9，水杨酸处理水稻后的转录组分析。在该项研究中，研究发现水杨酸可以诱导水稻对稻瘟病的抗性，并可以抑制胞吞；稻瘟病菌效应蛋白可定位于水稻细胞膜。同时，发现水杨酸抑制水稻根系发育与其抑制细胞胞吞从而改变生长素的极性运输有关，发现水稻的生长素输出蛋白在细胞膜上没有明显的极性定位；筛选到2株对水杨酸抑制胞吞不敏感的EMS水稻突变体；获得了水杨酸处理后的水稻根转录组数据。上述结果对揭示水杨酸诱导水稻抗稻瘟病、抑制根系发育及抑制胞吞的联系具有重要的理论价值。本项课题利用分子及细胞生物学的手段，探明了水杨酸在诱导水稻抗稻瘟病时，水杨酸可抑制水稻根系发育及细胞胞吞，初步揭示了水稻的胞吞能力与抗稻瘟病及根系发育的内在联系，为水稻育种提供了新的对策。在该项研究中，共培养10名研究生，其中博士研究生3人，硕士研究生7人，其中4名研究生已获得学位。通过该项课题的支持，项目主持人课题组及合作研究组一共发表了5篇SCI论文，9篇中文论文。