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番茄免疫受体蛋白Sw-5b与番茄斑萎病毒移动蛋白NSm的多层识别与互作新机制
结题报告
批准号:
31630062
项目类别:
重点项目
资助金额:
278.0 万元
负责人:
陶小荣
依托单位:
学科分类:
C1407.植物保护新技术
结题年份:
2021
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
Peter Moffett、朱敏、李佳、黄莹、陈虹宇、徐敏、钱新、黄海宁
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中文摘要
番茄斑萎病毒属病毒是寄主范围广、发生严重且较难控制的一类植物负义链RNA病毒,每年在全球农业经济作物上造成极为严重的损失。Sw-5b是番茄上对番茄斑萎病毒属病毒具广谱抗性的一个植物免疫受体蛋白,它含有典型的CC-NB-LRR结构并进化出了一个额外的N端结构域(NTD),但是Sw-5b如何识别番茄斑萎病毒并发挥广谱抗性的调控分子机制目前仍不清楚。项目组前期研究初步表明Sw-5b与番茄斑萎病毒移动蛋白NSm存在多层识别与互作调控机制,本项目拟进一步深入阐述Sw-5b的NB-LRR、CC和额外的N端NTD结构域与NSm的识别与互作调控机制,并在此基础上解析Sw-5b的广谱抗性分子机制。研究结果有望阐明Sw-5b如何识别番茄斑萎病毒的侵染并揭示其广谱抗性机制,同时可揭示病毒与茄科作物免疫共进化中的新的识别与互作机制,为利用该类茄科免疫受体蛋白有效防控相关病毒病害提供重要的基础理论知识。
英文摘要
Tospovirus belongs to a class of plant negative strand RNA viruses which have broad host range, cause severe disease and are difficult to control. Tospoviruses caused serious damage in agricultural important crops worldwide each year. Sw-5b in tomato is a plant immune receptor protein which confers broad-spectrum resistance to tospoviruses. Sw-5b is a typical CC-NB-LRR protein but it evolutes an additional N-terminal domain (NTD). How Sw-5b recognizes the invasion of tospovirus and why Sw-5b confers broad-spectrum resistance against tospoviruses remains unclear. Our preliminary studies of Sw-5b showed that Sw-5b has multilayered regulatory mechanism of autoinhibition and activation in the presence of tospovirus movement protein NSm, a viral elicitor. In this proposal, we aims to further elaborate how Sw-5b NB-LRR, CC and additional N-terminal domain (NTD) recognizes and interacts with the viral elicitor NSm, and to disclose how this multilayered interactions between Sw-5b and NSm lead to broad-spectrum resistance of Sw-5b against different tospoviruses. The implementation of this project is expected to understand how Sw-5b recognizes the infection of tospovirus and to reveal the molecular mechanism of Sw-5b broad-spectrum resistance. Meanwhile, it may acquire novel mechanism for the recognition and interaction between the tospoviruses and tomato immune receptor during their co-evolution. This project can gain important knowledge which could be appiled to utilize this class of Solanaceae immune receptor protein with broad-spectrum resistance to effectively control the viral diseases or other pathogens caused diseases.
番茄斑萎病毒属病毒是寄主范围广、发生严重且较难控制的一类植物负义链RNA病毒,每年在全球农业经济作物上造成极为严重的损失。Sw-5b是番茄上对番茄斑萎病毒属病毒具广谱抗性的一个含有CC-NB-LRR结构的植物胞内抗病蛋白,但是Sw-5b如何识别番茄斑萎病毒并发挥广谱抗性的调控分子机制仍不清楚。本项目解析了番茄免疫受体蛋白与番茄斑萎病毒(TSWV)移动蛋白NSm的识别与互作新机制,在此基础上阐明了Sw-5b的广谱抗性分子机制。本研究发现番茄免疫受体蛋白Sw-5b可通过识别番茄斑萎病毒属病毒编码的移动蛋白NSm中的一段高度保守的由21个氨基酸组成的肽段(NSm21)从而实现其对该类病毒的广谱抗性。进一步研究发现Sw-5b是通过与NSm21发生直接互作来诱导植物的防御反应的,同时还鉴定了Sw-5b中识别NSm21的关键位点,并进一步揭示了受体蛋白从识别到抗性激活的分子转换机制。另外,对南美野生番茄Sw-5的进化研究发现该免疫受体蛋白对病毒的识别位点是在长期的正向选择作用下进化而来的。在此基础上,发现Sw-5b免疫受体蛋白通过两步识别的新机制来监测TSWV的入侵。Sw-5b的N末端茄科结构域(SD)与NB-ARC-LRR都与病毒效应蛋白NSm互作,Sw-5b SD作为额外的感知功能域起作用,而NB-ARC-LRR则作为激活功能域发挥作用。Sw-5b SD和NSm之间的特异性互作对于解除CC对NB-ARC-LRR的抑制作用是必需的。当病毒效应蛋白NSm在低浓度时,NB-ARC-LRR不能有效对其检测,而Sw-5b SD能显著增强NB-ARC-LRR对低浓度的NSm的识别能力并促进其活化诱导强烈的防御反应,该识别机制能显著增强植物免疫系统对病毒入侵的监测能力。根据两步识别机制的原理,进一步采用逐步人工进化的策略,筛选鉴定了大量抗病基因突变体,最终获得了对TSWV田间抗性突破株系具有良好抗病作用的Sw-5b抗病基因新材料。该项目还建立了基于病毒反向遗传学的较为完善研究抗病基因的体系。研究结果阐明了番茄免疫受体蛋白Sw-5b对番茄斑萎病毒的广谱抗性机制,揭示了该免疫受体蛋白对病毒的两步识别新机制,为利用抗病基因进行作物广谱抗病毒材料创制提供了重要理论基础。在本项目资助下,以通讯作者在Plant Cell、Molecular Plant、PNAS等权威期刊发表SCI论文21篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1111/ppa.12645
发表时间:2017-08-01
期刊:PLANT PATHOLOGY
影响因子:2.7
作者:Jiang, L.;Huang, Y.;Tao, X.
通讯作者:Tao, X.
DOI:10.1007/s00705-017-3448-4
发表时间:2017-06
期刊:ARCHIVES OF VIROLOGY
影响因子:2.7
作者:Huang Ying;Hong Hao;Zhao Xiao-Hui;Li Jia;Tao Xiao-Rong
通讯作者:Tao Xiao-Rong
Non-Structural Protein NSm of Tomato Spotted Wilt Virus Is an Avirulence Factor Recognized by Resistance Genes of Tobacco and Tomato via Different Elicitor Active Sites.
番茄斑萎病毒非结构蛋白NSm是烟草和番茄的抗性基因通过不同的激发子活性位点识别的无毒因子。
DOI:10.3390/v10110660
发表时间:2018-11-21
期刊:Viruses
影响因子:--
作者:Huang C;Liu Y;Yu H;Yuan C;Zeng J;Zhao L;Tong Z;Tao X
通讯作者:Tao X
DOI:doi:10.3390/v10110660
发表时间:2018
期刊:Viruses-Basel
影响因子:4.7
作者:Huang Changjun;Liu Yong;Yu Haiqin;Yuan Cheng;Zeng Jianmin;Zhao Lu;Tong Zhijun;Tao Xiaorong
通讯作者:Tao Xiaorong
Tenuivirus utilizes its glycoprotein as a helper component to overcome insect midgut barriers for its circulative and propagative transmission
Tenuivirus 利用其糖蛋白作为辅助成分来克服昆虫中肠屏障,进行循环和繁殖传播
DOI:10.1371/journal.ppat.1007655
发表时间:2019-03-01
期刊:PLOS PATHOGENS
影响因子:6.7
作者:Lu, Gang;Li, Shuo;Tao, Xiaorong
通讯作者:Tao, Xiaorong
番茄免疫受体Sw-5b募集DCD-MSI4泛素连接酶激活抗性和促进开花的调控新机制
  • 批准号:
    32220103008
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    231万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
植物病毒病害
  • 批准号:
    31925032
  • 项目类别:
    国家杰出青年科学基金
  • 资助金额:
    400万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
番茄斑萎病毒微型基因组反向遗传学体系及复制调控机制研究
  • 批准号:
    31870143
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
具跨膜特性的番茄斑萎病毒30K移动蛋白NSm的拓扑结构及其移动分子机制研究
  • 批准号:
    31471746
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    87.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
植物内源转运体系介导的黄瓜花叶病毒基因组RNAs长距离移动的新机制
  • 批准号:
    31171813
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
黄瓜花叶病毒2a复制酶与豆科植物抗病蛋白RT4-4在过敏反应中的互作分子机制研究
  • 批准号:
    30900936
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    陶小荣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金