条锈菌效应蛋白Pst_Avr1c特异介导Yr1抗性的作用机理
批准号:
31772116
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 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:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晓东、许强、彭岩、王力坤、赵聪聪
中文摘要
条锈菌无毒基因(Avr)被小麦抗病基因(R)识别产生的抗性是小麦抗条锈病的重要形式。因此,小麦条锈菌Avr基因的克隆及其与对应R基因的互作机制研究将有助于深入揭示条锈菌与小麦的互作机制,加快对条锈菌毒性变异机理的认识。前期,通过在小麦中瞬时表达效应蛋白,获得1个能够在小麦Yr1近等基因系(Yr1NIL)中特异诱导过敏性坏死反应的效应蛋白Pst_Avr1c。为此,本项目拟进一步通过在Yr1 NIL中瞬时表达或在Yr1 NIL与无毒性条锈菌非亲和互作中沉默Pst_Avr1c,明确其无毒性;创制无毒性菌系的自交群体,分析自交后代无毒性与Pst_Avr1c的连锁,解析Pst_Avr1c对Yr1的特异识别;鉴定Pst_Avr1c在Yr1 NIL中的互作靶标,解析互作基因的功能,阐明Pst_Avr1c特异介导的Yr1抗性作用机制。研究结果对揭示小麦与条锈菌“基因对基因”的抗病机理具有重要意义。
英文摘要
Resistance to Puccinia striiformis (Pst) is significantly characterized by a cell death-associated defense response known as the hypersensitive response (HR), which is activated by the recognition of Pst avirulence genes (Avr) and the corresponding wheat resistance genes (R). Pst Avr gene cloning and deciphering the Avr- R interaction mechanism is of great significance in understanding the rapid virulence variation mechanism of Pst, which will further reveal the molecular basis of wheat –Pst interaction. However, due to the genetic complexity and unavailable genetic transformation system for the biotrophic Pst, no avirulence gene has been identified yet. In the preliminary study, through delivery of Pst effectors into wheat cells via bacterial type three secretion system (TTSS), one effector Pst_Avr1c was identified to specifically trigger HR on wheat Yr1 near isogenic line (NIL), exhibiting potential avirulence activity. Therefore, in this research, we plan to further analyze the avirulence role of Pst_Avr1c on Yr1 through transient expression in Yr1 NIL by Agrobacterium meditated infiltration, and knockdown of Pst_Avr1c in the incompatible interaction between Yr1 NIL-and avirulent Pst by host induced gene silencing (HIGS). Meanwhile, analyze the avirulence and Pst_Avr1c SNP marker segregation in a Pst population produced by selfing on a barberry plant to determine the linkage relationship of Pst_Avr1c for avirulence. Furthermore, identify its targets in Yr1 NIL and analyze the function of the targets. The results will reveal the mechanism of Pst_Avr1c in mediating Yr1-specific resistance, and provide in-depth knowledge on the “gene-for-gene” resistance of wheat to stripe rust.
条锈菌无毒基因(Avr)被小麦抗病基因(R)识别产生的抗性是小麦抗条锈病的重要形式。因此,小麦条锈菌Avr基因的克隆及其与对应R基因的互作机制研究将有助于深入揭示条锈菌与小麦的互作机制,加快对条锈菌毒性变异机理的认识。本项目在前期筛选获得了条锈菌效应蛋白的基础上,系统鉴定候选无毒基因,并进行机理解析,取得了重要进展。①通过在小麦Yr近等基因系(Yr NIL)中瞬时表达效应蛋白,获得2个能够在小麦Yr1近等基因系(Yr1 NIL)中特异诱导过敏性坏死反应的效应蛋白Pst_Avr1c(Pst_5)和Pst_4。Pst_4同时还能够在Yr7 NIL中诱导坏死。②揭示了Pst_Avr1c和Pst_4为条锈菌关键效应蛋白,在小麦与条锈菌亲和互作中瞬时沉默Pst_Avr1c和Pst_4,显著降低条锈菌致病性; Pst_Avr1c(Pst_5)和Pst_4-RNAi小麦材料对条锈菌抗性增强,活性氧积累增多,条锈菌菌落侵染面积降低;在Yr1 NIL、Yr7 NIL与条锈菌非亲和互作中瞬时沉默Pst_Avr1c与Pst_4,导致小麦抗病性减弱,阐明二者在Yr1、Yr7介导的抗性中发挥功能。③鉴定到Pst_Avr1c与 Pst_4在Yr1 NIL中共同的互作靶标叶绿体细胞色素b6f复合体元件TaISP,揭示了TaISP通过调节叶绿体活性氧积累与光合作用调控小麦抗病性,TaISP-RNAi植株抗病性减弱,ROS积累显著减少,条锈菌侵染面积扩大;阐明了Pst_Avr1c、Pst_4与TaISP在细胞质互作,在烟草和小麦中共表达TaISP与Pst_Avr1c或Pst_4,导致叶绿体中TaISP含量减少;条锈菌侵染的Pst_Avr1c或Pst_4-RNAi植株中,叶绿体TaISP含量则显著增加,表明Pst_Avr1c与Pst_4抑制TaISP进入叶绿体。研究鉴定到2个候选无毒基因,阐明了其在条锈菌无毒性中的功能,揭示候选无毒蛋白能够靶标小麦同一叶绿体蛋白TaISP,通过干扰其叶绿体定位,抑制寄主叶绿体光合作用及介导的免疫反应。研究结果将为活体营养专性寄生真菌Avr 基因的鉴定开拓新方法,为利用病菌关键效应蛋白创制持久抗病材料提供理论依据与技术支撑。在本项目资助下,在Plant Cell、Plant Physiology、Nature Communications等期刊发表论文5篇。
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DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
菌物学报
影响因子:
--
作者:
[於立刚, 齐晓晚, 魏晋萍, 王婷, 王晓杰, 康振生, 汤春蕾]
通讯作者:
汤春蕾
An effector protein of the wheat stripe rust fungus targets chloroplasts and suppresses chloroplast function
小麦条锈菌的效应蛋白靶向叶绿体并抑制叶绿体功能
DOI:
10.1038/s41467-019-13487-6
发表时间:
2019-12
期刊:
Nature Communications
影响因子:
16.6
作者:
[Qiang Xu, Chunlei Tang, Xiaodong Wang, Shutian Sun, Jinren Zhao, Zhensheng Kang, Xiaojie Wang]
通讯作者:
Xiaojie Wang
DOI:
10.1093/plphys/kiab434
发表时间:
2021-09-16
期刊:
PLANT PHYSIOLOGY
影响因子:
7.4
作者:
[Wang,Xiaodong, Zhai,Tong, Wang,Xiaojie]
通讯作者:
Wang,Xiaojie
DOI:
10.3389/fmicb.2019.00968
发表时间:
2019-05
期刊:
Frontiers in Microbiology
影响因子:
5.2
作者:
[Bing Wang;N. Song;Chunlei Tang;Jinbiao Ma;N. Wang;Yanfei Sun;Z. Kang]
通讯作者:
Bing Wang;N. Song;Chunlei Tang;Jinbiao Ma;N. Wang;Yanfei Sun;Z. Kang
Transcriptional repression of TaNOX10 by TaWRKY19 compromises ROS generation and enhances wheat susceptibility to stripe rust
TaWRKY19 对 TaNOX10 的转录抑制会损害 ROS 的产生并增强小麦对条锈病的敏感性
DOI:
10.1093/plcell/koac001
发表时间:
2022-01-17
期刊:
PLANT CELL
影响因子:
11.6
作者:
[Wang, Ning, Fan, Xin, Wang, Xiaojie]
通讯作者:
Wang, Xiaojie
共 6 条
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:
条锈菌激发子Pst_EC1诱导寄主小麦防御反应的分子机理
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批准号:31401693
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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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