Remorin 在玉米天然免疫反应中的调控作用及机制研究

Maize disease is one of the the main factors that affect the yield and quality of maize. Study of maize immunology will promote capacity of maize immunity, and solve maize disease. Remorin is one kind of the proteins which are specially expressed in plants. Our preliminary results suggest that remorin may play an important immunological function in maize. Based on our previous research work, this project is proposed to study remorin in maize through disciplinary pathway. The following experiments will be conducted to obtain our research target: (1) Study the effects of pathogen associated molecular patterns on Zm-Remorin through gene and protein investigation. This will explore the role of Zm-Remorin in the immune response of mazie. (2) Construction of the antisense and overexpression vectors to carry out maize genetic transformation and examine the immune response parameters and disease resistance of maize to further confirm the function of Zm-Remorin. (3) By using transgenic plants, yeast two hybrid technology and co-immunoprecipitation assay will be performed to investigate the signal network and interaction of Zm-Remorin. These results will clarify the functional mechanism of Zm-Remorin in the immune response. Conduction of this project will futher reveal the function and mechanism of plant remorin. Meanwhile, this project is of great significance in the field of maize immunology.

玉米病害是影响玉米产量和质量的主要因素之一，开展玉米免疫学研究，从而提高玉米自身的免疫力，是从根本上解决这一问题的重要途径。Remorin是植物专一性蛋白，我们前期的研究工作揭示了Remorin在玉米免疫反应中可能发挥着重要的功能。本项目是在申请人以前研究工作基础上进行的学科交叉研究，围绕研究目标主要开展以下研究内容：（1）分别从基因和蛋白水平研究病原相关分子模式对Remorin的影响，探索其在玉米免疫反应中的调控作用；（2）构建Remorin反义及超表达载体遗传转化玉米，分别从玉米免疫反应参数和抗病表型的变化来证实Remorin的功能；（3）以转基因植株为材料，利用酵母双杂交及免疫共沉淀等技术，研究Remorin的相互作用蛋白及所在信号网络关系，初步阐明Remorin的免疫作用机制。本项目旨在为进一步揭示植物Remorin的功能及作用机制奠定基础，同时对推动玉米免疫学研究有着重要意义。

玉米南方锈病(SCR)是一种由多堆柄锈菌(P. polysora)引起的的玉米病害，多发生于热带和亚热带地区。目前，对玉米南方锈病的研究比较少，南方锈病的抗性机制还不清楚，为了研究多堆柄锈菌侵染玉米的分子机制及鉴定与玉米南方锈病抗性相关的候选蛋白，我们对玉米感病自交系和抗病自交系接种多堆柄锈菌前后的叶片进行了比较蛋白质组学分析。采用同位素标记定量蛋白质组学(iTRAQ)的方法共鉴定到了6,612个蛋白质，其中，1,489个蛋白在抗病自交系中呈显著性差异表达，1,035个蛋白在感病自交系中呈显著性差异表达（差异倍数大于1.2倍，P小于0.05）。GO富集分析表明这些差异表达的蛋白质富集在多个生物学过程，抗病株差异蛋白主要富集在催化活性、结合和分子结构活性，感病株差异蛋白主要富集在催化活性、结合和运输活性。KEGG富集分析表明，这些差异表达的蛋白质在抗病株主要富集在碳固定途径、核糖体代谢和光合作用途径，感病株主要富集在光合作用、代谢途径和碳固定途径。多堆柄锈菌侵染后，remorin蛋白(Zm-REM1.3)在抗病自交系中积累量升高，但在感病自交系中积累量降低， 同时，前期研究表明remorin蛋白家族成员在病原微生物感染及植物信号转导过程中扮演着重要作用，所以，Zm-REM1.3被用来开展下一步的功能及作用机制研究。RT-PCR分析发现，Zm-REM1.3的表达不仅受多堆柄锈菌的诱导，而且还受植物激素水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)的诱导。为了对Zm-REM1.3在玉米南方锈病抗性中的作用进行研究，我们采用转基因技术将Zm-REM1.3在玉米中过表达。RT-PCR和western blot分析发现在转基因阳性株系中Zm-REM1.3的表达量显著高于阴性株系。表型分析发现，过表达Zm-REM1.3的转基因玉米植株对活体寄养型真菌（多堆柄锈菌）的抗性增强，并且过表达Zm-REM1.3的植株的SA和JA含量显著提升。此外，多堆柄锈菌侵染后，防御相关基因在过表达Zm-REM1.3的玉米株系中的表达水平也显著高于非转基因对照株系。以上研究结果证明了Zm-REM1.3可能通过SA/JA介导的防御信号通路，正向调控玉米对多堆柄锈菌的抗性。