一个新的根结线虫效应蛋白Mg-mo237抑制植物防卫反应的机理研究

The defence system of plants including PAMP-triggered immunity (PTI) and effector-triggered immunity (ETI) would be induced when plants are attacked by plant pathogens. And plant pathogens could secrete effectors to suppress the defence of plants to enable successful infection. Root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) are one of the most damaging plant-parasitic nematodes. There are direct evidences that secretory proteins originating from esophageal glands of Meloidogyne can suppress the defence of plants. In this project, a novel effector protein named Mg-MO237 from M. graminicola had been proved to interact with callose synthase 8-like (CSL8) of host plant using yeast two-hybrid system and play a role in parasitism of nematodes through RNAi experiments by us. The main contents of this project would be: to analyze spatial and developmental expression and secreted characteristics of Mg-MO237 using qPCR and immunofluorescence staining; to study the interaction of Mg-MO237 and CSL8, then illustrate how Mg-MO237 affects callose, PTI and ETI using RNAi, overexpression, BIFC, Co-IP and qPCR, etc. The present project is likely to illustrate relationship of Mg-MO237 and callose, then how to affect plant defence. Finally, mechanisms of suppressing host defence by MO237 proteins from Meloidogyne would be known.

植物受病原物侵入后，可触发病原相关的分子模式触发免疫（PTI）和效应蛋白触发免疫（ETI）两种防卫反应以阻止病原物入侵。病原物则可分泌抑制植物防卫反应的效应蛋白来成功寄生植物。根结线虫是最重要的植物病原线虫之一，其食道腺分泌的效应蛋白可抑制植物防卫反应。本项目以本课题组从拟禾本科根结线虫中获得的、并已通过实验证明与寄主植物的胼胝质合成酶CSL8相互作用且被干扰后会降低线虫寄生能力的一个新的效应蛋白Mg-MO237为研究对象，利用发育表达模式和免疫组化方法研究Mg-MO237在线虫中的表达及分泌特性、并通过RNAi、过表达、BIFC、Co-IP和qPCR等方法研究Mg-MO237和CSL8的相互作用，对根结线虫寄生的影响及对植物胼胝质、PTI和ETI等的影响。本项目有望明确Mg-MO237效应蛋白与植物胼胝质的关系和对寄主防卫反应的影响，揭示根结线虫MO237蛋白抑制植物防卫反应的作用机理。

植物受病原物侵入后可触发病原相关的分子模式触发免疫（PTI）和效应蛋白触发免疫（ETI）两种防卫反应以阻止病原物入侵。病原物则可分泌抑制植物防卫反应的效应蛋白来成功寄生植物。寄生水稻的拟禾本科根结线虫（Meloidogyne graminicola）是最重要的植物病原线虫之一。在本研究中，我们发现了一个来自拟禾本科根结线虫的新效应蛋白MgMO237，该效应蛋白在线虫背食道腺表达，在寄生3龄/4龄幼虫时期表达量最高。免疫定位表明MgMO237被分泌到寄主细胞中，瞬时表达表明它定位于寄主细胞的细胞质和细胞核。过表达MgMO237的水稻表现出更高的线虫易感性。相反，表达MgMO237双链RNA的水稻则更抗拟禾本科根结线虫。酵母双杂交和免疫共沉淀分析显示MgMO237和三个水稻内源防卫相关蛋白，即胼胝质合成酶OsCSL8（即OsGSC）、富含半胱氨酸分泌蛋白55（OsCRRSP55）和病原相关蛋白（OsBetv1）相互作用。BiFC进一步表明MgMO237和OsCSL8在整个细胞互作。此外，MgMO237可以抑制寄主防卫反应，包括抑制寄主防卫相关基因的表达，胼胝质的累积和活性氧的爆发。而且，OsCSL8水稻突变株胼胝质累积下降并对线虫的感病性明显增高。利用MgMO237转基因水稻和转录组测序对寄主抗性通路进行分析，表明水杨酸抗性通路中的下游防卫基因PR-1a和PR-1b表达受到MgMO237的抑制。这些结果表明，拟禾本科根结线虫在寄生后期阶段分泌效应蛋白MgMO237到寄主细胞中，MgMO237在寄主细胞中与3个植物防卫相关蛋白相互作用，从而抑制了植物的免疫防卫，其抑制机理包括与胼胝质合成酶OsCSL8互作导致植物胼胝质合成降低和抑制水杨酸信号通路中的PR-1a和PR-1b基因等，从而促进了线虫的寄生。本项目首次发现了线虫效应蛋白可与多个植物防卫相关蛋白相互作用，明确了MgMO237效应蛋白与植物胼胝质合成的关系和对寄主防卫反应的影响，揭示了线虫效应蛋白抑制植物免疫反应的新机制，对今后研究根结线虫如何影响植物抗性通路提供了新方法和新思路，也为寻找新靶标防治拟禾本科根结线虫提供理论依据。