条锈菌激发子Pst_EC1诱导寄主小麦防御反应的分子机理
批准号:
31401693
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
汤春蕾
依托单位:
学科分类:
植物病理学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
詹刚明、王冰、吴宽、刘芮、许强、王婷
中文摘要
由小麦条锈菌引起的小麦条锈病严重影响我国小麦生产。小麦条锈菌频繁变异导致抗病品种丧失抗性,常引发病害爆发流行,因而寻找新型的持久病害防治策略已迫在眉睫。研究发现,病原菌与植物互作中,会产生激发子触发寄主的防御反应,提高植物的抗病性,利用病菌激发子防治病害已经成为重要的研究策略。前期,课题组在通过吸器全转录组筛选、鉴定分泌蛋白的基础上,获得了一个能够在寄主小麦和非寄主植物中诱导细胞坏死的分泌蛋白Pst_EC1,推测其为条锈菌候选激发子。为此,本项目拟进一步通过瞬时表达、基因沉默、酵母双杂交、免疫胶体金等技术方法深入解析其在小麦与条锈菌互作中的功能;揭示其在细胞水平上的时空表达特征;鉴定Pst_EC1互作的小麦蛋白,并分析互作基因的功能及功能结构域,从而揭示条锈菌激发子Pst_EC1诱导植物防御反应的分子机理。为阐明小麦与条锈菌的互作机制奠定基础,并为制定小麦条锈病防治新策略提供理论依据。
英文摘要
Wheat stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (Pst) has brought severe damage to wheat production in China. The rapid virulence variation of Pst leads to the “resistance loss” of the present wheat resistant cultivars, which frequently results in the epidemic of the disease. Thus, it is extremely urgent to develop new strategies for durable control of the disease. During the interaction between plants and pathogens, elicitors are produced by pathogens to trigger the defense response in plants. And application of the pathogen elicitors in disease control through enhancing the resistance of plants has proved to be one important research strategy. On the basis of screening and identification of secreted effectors in Pst haustoria transcriptome, we have obtained a secreted protein Pst_EC1 that could trigger significant cell death in wheat and several non-host plants of Pst, suggesting a general elicitor activity. Thus, in this project, we plan to further study the exact role of Pst_EC1 in the interaction between wheat and Pst, reveal its temporal and spatial expression characteristics in cellular level, identify its host targets and analyze the roles of the target genes via transient expression, gene silencing, yeast two-hybrid system, immune colloidal gold technique and so on. The information obtained in this study will reveal the mechanism of the induced defense response by the elicitor Pst_EC1, add further insights on the mechanism of interaction between wheat and Pst. Moreover, it will provide theoretical basis for developing new strategies for durable control of wheat stripe rust.
病原菌与植物互作中,会产生激发子触发寄主的防御反应,提高植物的抗病性。目前,利用病菌激发子防治病害已经成为重要的研究策略。前期,课题组在吸器特异表达分泌蛋白中,鉴定得到一个在烟草中能够诱导细胞坏死的条锈菌分泌蛋白Pst_EC1。进一步研究发现Pst_EC1在4个小麦品系及非寄主植物大麦中均能够激发细胞坏死,推测其为条锈菌候选激发子。在此基础上,本项目进一步通过基因枪轰击在含有不同抗条锈病基因(Yr)的小麦近等基因系(NIL)中瞬时表达Pst_EC1,发现Pst_EC1在21个测试Yr NILs中均能够诱导细胞坏死;同时,利用农杆菌侵染在烟草和拟南芥中表达Pst_EC1也能够激发细胞坏死。研究结果表明Pst_EC1在寄主小麦、单子叶及双子叶非寄主植物中具有广谱激发子活性。缺失突变实验发现其C-端的N-豆蔻酰化位点对坏死诱导具有重要作用;多态性与分泌功能分析揭示Pst_EC1编码锈菌特异分泌蛋白。借助细菌三型分泌系统(Type three secretion system, TTSS)在小麦中过表达Pst_EC1,增强了寄主对条锈菌的抗性;通过大麦条纹花叶病毒介导的病菌基因沉默技术(host induced gene silencing, HIGS)沉默Pst_EC1,导致菌丝变短、菌落扩展面积减少,病菌生长发育明显受抑,表明Pst_EC1除了可诱导寄主的基础防御反应,还参与调控条锈菌的生长发育。小麦原生质体亚细胞定位发现Pst_EC1主要定位在细胞质,免疫胶体金定位进一步确认Pst_EC1从条锈菌分泌到条锈菌与小麦互作界面或转运到小麦细胞内行驶功能。酵母双杂交鉴定到Pst_EC1的2个互作靶标,分别编码条锈菌未知功能蛋白和锌指结构蛋白,BiFC进一步验证二者在细胞质互作,推测Pst_EC1与条锈菌其他蛋白协同作用调控寄主防御反应或条锈菌生长发育。此外,创制了Pst_EC1过表达转基因小麦材料。研究结果将加快从病原菌诱导植物防御反应方面揭示病原菌与植物互作机理的步伐,同时为利用条锈菌激发子增强小麦抗病性提供理论依据和技术支撑,进而为条锈病防治提供新的策略。
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DOI:
10.15302/j-fase-2015068
发表时间:
2015-09
期刊:
Frontiers of Agricultural Science and Engineering
影响因子:
3.7
作者:
[Chunlei TANG, Xiaojie WANG, Yulin CHENG, Minjie LIU, Mengxin ZHAO, Jinping WEI, Zhensheng KANG]
通讯作者:
Zhensheng KANG
DOI:
10.3389/fpls.2015.01214
发表时间:
2015
期刊:
Frontiers in plant science
影响因子:
5.6
作者:
[Tang C, Deng L, Chang D, Chen S, Wang X, Kang Z]
通讯作者:
Kang Z
Understanding the lifestyles and pathogenicity mechanisms of obligate biotrophic fungi in wheat: The emerging genomics era
了解小麦专性生物营养真菌的生活方式和致病机制:新兴的基因组学时代
DOI:
10.1016/j.cj.2017.11.003
发表时间:
2017-12
期刊:
The Crop Journal
影响因子:
--
作者:
[Chunlei Tang, Qiang Xu, Mengxin Zhao, Xiaojie Wang, Zhensheng Kang]
通讯作者:
Zhensheng Kang
PsANT, the adenine nucleotide translocase of Puccinia striiformis, promotes cell death and fungal growth.
PsANT 是条锈菌的腺嘌呤核苷酸转位酶,可促进细胞死亡和真菌生长
DOI:
10.1038/srep11241
发表时间:
2015-06-10
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Tang C, Wei J, Han Q, Liu R, Duan X, Fu Y, Huang X, Wang X, Kang Z]
通讯作者:
Kang Z
DOI:
10.1016/j.cj.2017.11.003
发表时间:
2017
期刊:
The Crop Journal
影响因子:
作者:
[Chunlei Tang, Qiang Xu, Mengxin Zhao, Xiaojie Wang, Zhensheng Kang]
通讯作者:
Zhensheng Kang
效应蛋白PSTha9F18调控气孔免疫介导的条锈菌入侵机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:汤春蕾
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依托单位:
条锈菌效应蛋白Pst_Avr1c特异介导Yr1抗性的作用机理
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批准号:31772116
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2017
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负责人:汤春蕾
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依托单位:
国内基金
海外基金