马铃薯致病疫霉RXLR效应蛋白SFI5在抑制番茄MTI早期反应中分子机制的研究

Potato is the fourth most important food crop in China. Potato late blight, caused by Phytophthora infestans, is one of the most destructive diseases affecting the yield and quality of potato. Therefore, it is of great importance to understand the infection mechanism of P.infestans for prevention and management of the late blight disease on potato. During biotrophic stage, P.infestans secrets large amount of effectors to disturb plant immune system. This project will study SFI5, a plant immunity-suppressing effector from P.infestans. In previous studies, it has been found that SFI5 is able to target several plant calmodulins(CaMs). To further investigate the mode of action of SFI5 in host cells, we propose to approach the experiments from three aspects: Firstly, to determine the molecular and cell biology mechanisms underlying the association of SFI5 with CaMs; Secondly, to reveal the biochemical function of SFI5 and to examine whether SFI5 is a CaM-dependent protein kinase; Thirdly, to study the role of SFI5 on plant resistance and development. In summary, our aim is to elucidate how SFI5 subverts the MAMP-triggered immunity via CaMs in host cells, which would not only further our understanding of the P.infestans pathogenesis, but also provide new insight into strategies of crop protection against the late blight disease.

马铃薯是我国第四大粮食作物，由马铃薯致病疫霉引起的马铃薯晚疫病严重影响马铃薯的产量和质量，因此研究马铃薯晚疫霉菌致病机理对晚疫病的防控具有重要意义。本项目以来自马铃薯致病疫霉的能抑制植物免疫反应的一个效应蛋白SFI5为研究对象，对马铃薯致病疫霉与寄主植物间的互作机制进行基础科学研究。前期工作已发现SFI5能结合寄主细胞中的多种钙调蛋白，为进一步阐明其毒性机理，本研究准备从三个方面展开工作：（1）深入分析SFI5与钙调蛋白互作的分子机制；（2）鉴定SFI5的生化特性，检测其是否具有钙调蛋白依赖型蛋白激酶的活性；（3）研究SFI5对寄主植物抗感病及生长发育表型的影响。本项目旨在通过阐述SFI5如何利用钙调蛋白结合性抑制寄主细胞内微生物相关分子模式触发的免疫反应，从效应蛋白角度揭示马铃薯致病疫霉的致病机理，为摸索晚疫病防控的新途径提供依据。

病原菌在侵染植物过程中可分泌大量效应蛋白以抑制植物的免疫反应，钙调蛋白介导的信号传导在植物免疫中发挥着重要作用，然而与钙调蛋白相关的病原菌效应蛋白的研究报道不多。本项目从马铃薯致病疫霉中鉴定到一个能抑制宿主番茄细胞MTI早期免疫反应的效应蛋白SFI5，并发现其能与多个番茄钙调蛋白发生互作。结构分析显示SFI5蛋白C末端含有一个非典型的钙调蛋白结合基序，其决定了SFI5与钙调蛋白之间互作。C端钙调蛋白结合基序的缺失或关键氨基酸位点的突变会显著降低SFI5的钙调蛋白结合特性，影响SFI5在宿主植物细胞中的细胞膜定位特性，进而削弱SFI5对宿主细胞受flg22激起的免疫反应的抑制毒性。此外，SFI5蛋白N端含一预测的ATP/GTP结合基序也对其毒性功能起者决定作用，然而该结构域缺失或突变并不影响SFI5的细胞膜定位和钙调蛋白结合特性。进一步研究发现，钙调蛋白可能不是SFI5的直接免疫抑制靶标，因此利用烟草叶片瞬时表达体系结合Pull-down技术，又分离到SFI5 在烟草细胞中的其他潜在靶标蛋白。综上，这些结果揭示了效应蛋白SFI5进入宿主细胞后通过结合钙调蛋白激发其效应因子活性，并锚定于细胞膜上抑制其他免疫靶标分子的活性。我们的研究进一步丰富了效应蛋白在疫霉菌与宿主植物互作过程中作用机制的认识，也可为今后晚疫病防控新分子靶标的开发提供理论指导。