马铃薯晚疫病抗病蛋白Rpi-mcq1.1与病原效应分子Avr2识别的分子机制

马铃薯晚疫病是生产上危害最重的病害，利用抗病基因育种是防控该病害的首选策略。本研究建立在新克隆的抗病基因Rpi-mcq1.1以及识别的病原无毒基因Avr2的基础上，以剖析Rpi-mcq1.1和Avr2识别机制为研究目标。依托PCR、烟草瞬时表达和转基因等技术，对抗病基因Rpi-mcq1.1和Rpi-vnt1.1基因进行结构域互换，对Avr2基因采用家族分析和定点突变处理，并通过两者体外实验和转基因研究中抗病反应的发生作为判定标准进行系统研究，以鉴定决定两者相互识别的重要结构域甚至氨基酸位点。同时分别以Rpi-mcq1.1和Avr2为诱饵，利用酵母双杂交、免疫沉淀等技术鉴定参与Rpi-mcq1.1和Avr2识别的互作蛋白，并研究其参与识别的具体功能。研究结果将帮助了解卵菌病原分泌蛋白与抗病基因互作的基础，同时，新改造的基因将可能具备抗病谱的重叠，成为抗病谱拓宽的新的抗晚疫病基因资源。

2012立项的该课题建立在当年新克隆的抗病基因Rpi-mcq1.1以及识别的病原无毒基因Avr2的基础上，以剖析Rpi-mcq1.1和Avr2识别机制为研究目标。围绕鉴定Avr2和Rpi-mcq1.1中决定相互识别的重要结构域位点和参与Avr2和Rpi-mcq1.1相互识别的植物互作蛋白两个方面开展研究。通过4年的研究，我们获取了以下5个重要的研究成果。第一，我们鉴定了无毒基因Avr2以及抗病基因Rpi-mcq1.1的识别均由其羧基端决定，同时研究发现Rpi-mcq1.1不仅可以识别Avr2，同时识别其另外一个基因家族成员Avr2-G12，发现了一个R蛋白同时识别2个病原效应分子的新例证；第二，在研究中鉴定了与Rpi-mcq1.1同一遗传位点氨基酸水平相似度达82%的基因家族成员Rpi-mcq1.2是一个部分抗性的基因，并通过换用启动子的策略成功将该基因改造成完全抗性的晚疫病抗性基因，非常有趣的是，Rpi-mcq1.2同样可识别Avr2以及Avr-G12，但抗菌谱更广；第三，验证了Avr2与BSU磷酸蛋白1（BSL1）之间的识别，但BSL1不能与Rpi-mcq1.1之间识别，说明Rpi-mcq1.1识别Avr2的机制不同于相关报道的R2和R2-like的机制；第四，为进一步研究Rpi-mcq1.2介导的宽抗谱产生的机制，我们以国内黑龙江分离菌株为模板，扩增了200多个RXLR效应分子构建了瞬时表达基因池，并从中筛选到一个效应分子PITG_16245.2并验证了其在感病材料中介导致病性功能；第五，在研究中，意外发现了铜离子可以类似植物PAMP分子通过介导SA、ET相关的信号途径激发植物抗性，部分解释了铜制剂在生产上应用长达200年的另一个层面。相关研究结果目前已经整理发表基金署名的文章3篇， 其中SCI论文2篇，核心期刊1篇， 受邀会议报告1次，培养研究生6名（其中毕业3名），后续可继续发表相关研究结果的SCI论文2-3篇，申请国家发明专利1项。相关研究为在马铃薯晚疫病中提出多个无毒蛋白与抗病蛋白更复杂的识别关系提供了比较清晰的模型，帮助解释抗病基因数量少、而病原菌种类以及效应蛋白种类多的天然矛盾；同时，产生的新抗病基因、以及新抗病基因的改造策略都为马铃薯晚疫病抗病基因资源提供了新思路。