泛素连接酶MIE1基因调控水稻抗稻瘟病分子机理解析

Ubiquitination is one of the important protein posttranslational modifications in plant cells. Previous research showed that E3 ligases play an important role in plant innate immunity. Our preliminary results demonstrated that the E3 ligase gene, MIE1, negatively regulates resistance to the rice blast fungus Magnaporthe oryzae in rice. In this project, first, we will perform a yeast-two hybrid screen to identify MIE1 interaction proteins (MIPs). Second, we will use a new genome-wide ubiquitination technique to identify the MIPs and elucidate the function of the MIP genes in rice innate immunity. Third, we will test if MIE1 is involved in the PAMP-triggered immunity, ROS generation after chitin and flg22 treatments and defense-related gene expression. Fourth, we will detect the expression level of SGT1, HSP90 and RAR1 as they are major regulatory components of disease resistance triggered by many R proteins. The blast resistance of MIE1 RNAi transgenic rice in the Pizt / Pi9 background will be evaluated. Last, we will check the marker gene expression level in the signal pathways of SA/JA/ET and compare all the above data to find out the signaling networks regulated by MIE1. A better understanding of the rice resistance mechanism to pathogen regulated by MIE1 from this project will provide new knowledge and strategies for rice blast disease control.

蛋白质泛素化修饰是生物体内最精细的调控体系之一，其中E3泛素连接酶在植物的抗病反应中起着重要的作用。在前期工作中，我们筛选到了一个负调控水稻抗稻瘟病的水稻E3泛素连接酶MIE1基因。本研究旨在解析MIE1调控的抗稻瘟病的分子机理。首先，本项目将结合酵母双杂交和基因组水平泛素化特异性抗体靶蛋白谱筛选的方法寻找MIE1的靶蛋白MIPs，并且明确MIPs在水稻抗稻瘟病过程中的功能。其次,通过检测PAMP激发子处理后活性氧的迸发量以及防卫反应相关基因的表达量确定其是否参与水稻PTI反应。再次，检测R基因所介导的抗病信号中重要调节基因在MIE1突变体中接种前后的表达量及R基因抗性材料为背景的MIE1RNAi突变体的抗病性变化，来确定其是否参与ETI反应。同时，检测标记基因分析其是否参与SA/JA/ET抗病信号途径。综合以上结果解析MIE1调控水稻抗病信号网络，研究结果将为水稻稻瘟病的防控提供新思路。

蛋白质泛素化修饰是生物体内最精细的调控体系之一，其中E3 泛素连接酶在植物的抗病反应中起着重要的作用。本项目利用生物化学、分子生物学和细胞生物学等方法研究了水稻E3泛素连接酶MIE1基因及其互作蛋白Skp1在水稻抗稻瘟病过程中作用。通过MIE1的CRISPR-Cas9和过表达水稻材料的抗病性分析，发现其CRISPR-Cas9水稻株系显著增强了对稻瘟病菌的抗性，而过表达材料则变得感病，明确了MIE1负调控水稻对稻瘟病菌的抗性。进一步通过检测PAMPs因子Chitin处理下的水稻叶片ROS含量，发现抑制MIE1能促进ROS量的增加，表明其参与调控植物的PTI信号通路。另外,还发现MIE1负向调控水杨酸信号通路基因的表达。本研究采用酵母双杂交和CoIP两种方法筛选获得了MIE1的互作蛋白6个，其中互作蛋白Skp1的抗病性表型分析表明，其也是负向调控水稻对稻瘟病的抗性，并且二者共同定位于水稻原生质体的细胞质和细胞核，为进一步研究其互作机理提供了依据。揭示了水稻蛋白质泛素化修饰途径与抗病的相关性，研究结果将为水稻抗稻瘟病的防控提供新思路。在本项目的支持下，培养博士后出站2名，硕士研究生2名。先后以通讯作者发表了SCI论文1篇，指导硕士研究生发表中文核心期刊2篇。以上研究结果另外正在撰写SCI论文1篇。