致病疫霉效应分子SRE1调控番茄mRNA可变剪切的机制研究

Potato Late Blight disease caused by Phytophthora infestans is one of most destructive disease to the potato and tomato production. Previously, we found that Phytophthora species modulate plant immunity at mRNA alternative splicing level, however, the mechanism of alternative splicing in plant immunity remains unknown. In order to better understand the mechanism of Phytophthora species modulate plant mRNA splicing from transcriptionomics and genetics level, we choose P. infestans - tomato pathosystem and use splicing-luciferase reporter system to screening Phytophthora infestans effectors which can regulate tomato mRNA alternative splicing. We found Phytophthora infestans effector SRE1 is involved in plant mRNA alternative splicing process, we will investigate the target protein of SRE1 and explore the molecular mechanism of how SRE1 regulate plant mRNA alternative splicing. These findings help us to better understand the mechanism of how Phytophthora infestans effectors modulate plant immunity at mRNA alternative splicing level, but also promote the mode of action of alternative splicing in plant immunity, which may contribute to providing theoretical guide to improve crop resistance to Phytophthora disease.

致病疫霉侵染马铃薯、番茄引起的晚疫病是农业生产上的毁灭性病害。申请者前期研究发现疫霉菌在mRNA的可变剪切层面干扰寄主免疫反应的新型致病机制，但是可变剪切发生的规律以及干扰作用机制尚不清楚。为了更好地从组学和遗传学角度解析疫霉菌干扰寄主mRNA可变剪切的作用机制，本项目拟利用致病疫霉-番茄的互作系统为研究材料，利用已建立的可变剪切报告系统，鉴定致病疫霉中调控番茄mRNA可变剪切的RXLR效应分子并以SRE1为对象进行深入研究；拟利用酵母双杂和免疫共沉淀技术筛选SRE1在番茄中的靶标蛋白，并阐明其调控番茄mRNA可变剪切过程的分子机制。本项目预期取得的研究成果不但有望对致病疫霉RXLR效应分子干扰番茄mRNA可变剪切的致病机制进行深入解析，促进可变剪切在植物免疫中作用机制和发生规律的研究，还能为晚疫病的防控提供新的研究思路。

mRNAs的可变剪切能增加转录的丰富性和蛋白质的多样性，并通过多种方式调节基因的表达，因此可变剪切在植物的生长发育和各种胁迫反应中发挥着重要作用。然而，病原菌侵染以后植物可变剪切的发生规律及其调控机制目前尚不清楚。本项目将马铃薯晚疫病的病原菌致病疫霉接种番茄，并检测番茄mRNAs的可变剪切变化。研究表明，番茄中有2000多个基因的转录量没有发生显著变化，但是它们的mRNA却发生了显著性的可变剪切，这表明番茄在致病疫霉侵染后，在全基因组的可变剪切水平上呈现出相对独立的响应机制。进一步的研究发现，致病疫霉可以通过抑制抗性正调控基因的剪切或促进负调控基因的剪切来干扰寄主的免疫反应。为进一步研究其背后的作用机制，本研究选取了在侵染过程中可变剪切发生显著变化的RLPK（受体类似蛋白激酶）基因，根据其剪切位点的变化特点设计并构建了荧光素酶报告系统，通过稳定转基因的方法将其导入烟草并获得了转基因报告植株。并利用农杆菌介导的基因表达方法在转基因烟草上快速筛选了87个致病疫霉侵染早期表达的效应子，其中9个效应子可以触动报告系统，并将其命名为可变剪切调控因子（splicing regulatory effectors, SREs）。进一步的研究表明，SRE3可通过与植物剪切复合体的核心蛋白U1-70K结合进而调控晚疫病菌的侵染。本研究不仅从全基因组水平上揭示了番茄被侵染后可变剪切的变化规律，还建立了一种基于转基因烟草的新型mRNA剪切报告系统，用于从其它植物病原物中快速鉴定SRE类致病相关因子，为深入解析病原物如何通过干扰植物的可变剪切过程进而抑制植物免疫提供了新的研究方法与工具。此外，本项目对植物中的剪切因子进行功能研究时发现了2个重要的免疫相关基因(SR30和RS2Z32)，为作物抗病性育种提供了重要的基因资源。