自噬在小麦受叶锈菌侵染诱发的过敏性反应中的作用

首次以小麦-叶锈菌为研究体系（真菌与寄主直接互作），探讨细胞自噬在由真菌诱导寄主细胞发生过敏性反应（HR）过程中的作用及其对HR的调控机理。运用实时荧光定量PCR、免疫印迹、特异荧光分子标记和免疫组化等技术探讨自噬参与HR的模式；通过病毒诱导的基因沉默、药物阻断自噬形成并辅以激光共聚焦扫描显微镜和透射电镜的观察，明确细胞自噬在HR过程中的作用；运用免疫金双标记揭示HR中叶绿体和线粒体的变化是否和细胞自噬相关，进一步探讨细胞自噬、叶绿体、线粒体和活性氧在调控HR中的关系，以期揭示细胞自噬对HR的精细调控机制。该项研究对明确小麦抗叶锈过敏性反应的分子调控机理有重要意义；深化人们对自噬参与植物免疫应答生理功能的认识；拓展人们对生物体中这一保守的胞内物质高效率降解途径的生理功能的理解；为利用基因工程开展抗病育种及防治策略的制定提供科学理论依据。

本课题组长期从事小麦抗叶锈病分子机制的研究工作，已经证明细胞过敏性反应（HR）是小麦抵抗叶锈菌侵染的重要防卫反应。多年来围绕HR诱发的信号转导机制做了大量工作，但对HR的限制机制知之很少。近几年关于自噬参与植物先天免疫的报道逐渐增加，但对自噬的作用机制了解很少。在探讨自噬参与植物与病原菌互作的报道中，目前存在两种截然不同的观点，自噬保护并延缓细胞死亡和自噬加速细胞的死亡。当前的研究结果显示上述这两种假说都有试验支持，主要在于细胞的类型、刺激的方式和细胞的生长发育状态。本项目以小麦与叶锈菌互作为研究体系，选用不亲和组合有典型的HR反应。利用细胞生物学、分子生物学以及生物化学等多种技术手段证明了自噬参与小麦抵抗叶锈菌侵染诱发的HR过程；揭示了小麦与叶锈菌互作过程中自噬相关基因的表达规律；证明细胞自噬在HR发生过程中有加速细胞死亡进程的作用。在此基础上，进一步通过免疫组化技术初步证明自噬对发生HR细胞内的叶绿体、线粒体等细胞器或营养组分进行包裹降解或撤离而加速了细胞死亡进程。通过药物学试验初步证明叶锈菌侵染小麦诱发的活性氧爆发对自噬有一定调控作用。以上结果为全面阐释HR的细胞调节机制奠定了基础；所提出的自噬包裹降解物撤离出HR细胞这一论断扩展了人们对自噬功能的新认识。所以，在接下来的工作中我们仍围绕该体系进行细致研究，如利用自噬抗体进行免疫组化标记，是否可在发生HR-PCD的细胞与邻近细胞间的胞间连丝上标记上自噬，同时在自噬体中有线粒体、叶绿体或内质网等细胞器蛋白被标记，这些工作将为论述上述观点的正确性提供试验支持。充分利用转录组数据挖掘抗叶锈重要基因。