小麦孢囊线虫新效应因子Ha-63744功能与互作机制研究

Cereal cyst nematode (CCN) is one of the major pests of wheat production in China, severely reducing wheat yield and quality. Previous studies have shown that the new effector Ha-63744 is secreted by esophageal gland cells, highly expressed in J3 and J4 phases, and can suppress Bax induced cell death in Nicotiana benthamiana. It is sub-cellularly located in nucleus of N. benthamiana. In this research, overexpression and VIGS will be used for functional analysis of Ha-63744. The interaction protein of Ha-63744 will be verified by GST-pulldown and biomolecule fluorescence complementation. Gene function of the interaction protein will be determined by VIGS. The key functional sites of Ha-63744 will be analyzed by using site mutation and deletion. We will express and purify Ha-63744 and its interaction protein to analysis their function. Thus, the characteristics of Ha-63744 in nematode infestation, development, pathogenicity and host interaction will be revealed, which will provide new ideas for controlling its outbreak as well as promoting stable and healthy wheat production in China.

小麦孢囊线虫是我国小麦生产中重要植物寄生线虫，严重影响小麦产量和品质。前期研究表明新效应子Ha-63744由食道腺细胞分泌，在J3，J4期表达量较高，能够抑制Bax引起的细胞死亡，定位于寄主细胞核。本项目利用烟草瞬时表达体系分析Ha-63744磷酸化位点及核定位信号突变对亚细胞定位的影响，利用拟南芥超表达接种甜菜孢囊线虫及VIGS沉默靶基因，研究对线虫致病性的影响，初步验证基因功能。通过Y2H、GST-pulldown及荧光双分子互补验证其互作蛋白，并对Ha-63744及其互作蛋白进行表达纯化，分析互作对蛋白功能的影响。利用点突变及关键结构域缺失分析Ha-63744重要功能位点对Bax抑制功能及对互作蛋白的结合能力的影响，揭示该基因调控寄主免疫反应的机制。研究结果将揭示Ha-63744在线虫侵染、发育、致病及与寄主互作过程中的功能，为进一步防控小麦孢囊线虫的爆发提供新靶标和新思路。

禾谷孢囊线虫（Heterodera avenae）是我国小麦生产的主要害虫之一，严重影响小麦产量和品质。我们的研究表明，新的效应基因Ha-63744由食管腺细胞分泌，并在CCN的J3和J4期高度表达，可以抑制烟草中Bax诱导的细胞死亡，而包括83个氨基酸的N端结构域和C端102个氨基酸的结构域失去了这一特征。Ha-63744基因的亚细胞定位在细胞核内，具有两个功能性的核定位信号。Ha-63744在拟南芥中的超表达分析表明，与对照相比，过度表达的植株的根长显著增加，超表达植株接种线虫后，与对照相比白色雌性的数量增加，接种真菌灰霉后，对灰霉的感病性增加，表明Ha-63744基因可能参与宿主植物根系发育的调节，并促进易感性。对拟南芥过度表达的转录组分析表明，差异基因主要集中在细胞过程、代谢过程、刺激反应和生物调节。差异基因的分子功能主要包括结合、催化、转运、转录因子和分子调控。通过VIGS沉默靶基因可以显著减少雌性的数量。差异表达基因显著富集的通路主要是苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、苯丙烷生物合成、次级代谢产物的生物合成等。总之，我们的结果表明，Ha-63744可以抑制宿主免疫反应，影响宿主的根系发育并促进易感性。