麦长管蚜唾液蛋白效应子鉴定及其作用机制

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基本信息

  • 批准号:
    31871979
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1403.作物免疫与抗性
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The effectors from aphid saliva are key factor to activate or suppress plant defense responses. The aim to understand the species and function of effectors in wheat aphid in the project, Sitobion avenae was chose as test target. Firstly, the candidate secreted salivary effectors are over-expressed in wheat leaves using type Ⅲ secretion system (T3SS). Observation of leaf symptom, histological staining and RT-qPCR are performed to detect the effects of candidate effectors over-expression on wheat defense responses. The effects of over-expressed effectors on aphid development, host choice and feeding behavior are also detected to determine the effectors involving in the interactions with wheat. The aphid effectors are silenced using artificial diet-mediated RNAi and then detect the effects of gene silencing on wheat defense to further confirm the roles of effectors. Aphid feeding induced cDNA library of wheat leaves are constructed and then Yeast Two-Hybrid System are performed to discover the target proteins of effectors in wheat, and further reveal the roles of effectors on aphid-wheat interactions. Subcellular localization of the effector proteins and wheat target proteins are also determined. Bimolecular fluorescence complementation(BiFC) are performed to further confirm the interaction of the effectors with their host targets in plant. This research will provide insight into the aphid-wheat interactions and new strategy for aphid biological control.
蚜虫唾液中的效应子蛋白是诱导/抑制植物防御反应的重要因子。为解析麦蚜唾液效应子种类及作用机制,本研究以麦长管蚜为对象,采用麦类作物的效应子筛选方法(即细菌Ⅲ型分泌系统T3SS),在小麦叶片中过表达麦长管蚜唾液分泌蛋白候选效应子,通过表型观察、组织染色及RT-qPCR检测对小麦防御反应,并结合室内生测及蚜虫取食刺吸电位EPG技术检测效应子过表达对麦长管蚜生命参数、选择及取食行为的影响,筛选鉴定效应子种类;通过人工饲料介导的RNAi技术沉默效应子,利用反向遗传学方法进一步验证效应子作用;构建麦长管蚜取食诱导的小麦cDNA文库,利用酵母双杂交技术筛选效应子在小麦叶片内的靶标蛋白,并对效应子及其靶标蛋白进行亚细胞定位,通过BiFC进一步验证其互作位点。明确蚜虫唾液中效应子及其作用机制,对蚜虫-小麦互作关系的解析及新型蚜虫绿色防控技术研发具有重要的理论和实践意义。

结项摘要

蚜虫在取食过程中可向植物细胞内分泌唾液,唾液中的效应子蛋白在调节植物免疫中具有重要作用。荻草谷网蚜(在我国其学名一直误用为“麦长管蚜”)为我国小麦生产上的重要害虫,解析荻草谷网蚜效应子功能,为阐明麦蚜-小麦互作机制及抗虫品种培育具有重要意义。本研究首先通过蛋白质组学鉴定到114个荻草谷网蚜唾液蛋白;根据同源序列选择Sm10, SmC002, SmGST1, SmCSP4作为候选效应子开展相关功能研究,通过酵母分泌系统发现,4个候选效应子基因重组转化酵母菌株YTK12均可分泌蔗糖酶,能在只含棉籽糖的YPRAA培养基正常生长,同时与2,3,5-氯化三苯基四氮唑发生红色显色反应,验证了其分泌功能。通过荧光假单胞杆菌介导的细菌Ⅲ型分泌系统,成功将Sm10、SmC002、SmGST1和SmCSP4传递到小麦叶片细胞中实现瞬时表达,苯胺蓝染色结果表明, Sm10与SmC002可显著降低小麦叶片中胼胝质的积累,而SmGST1和SmCSP4均可显著增加小麦叶片胼胝质的积累。进一步经RT-qPCR和LC-MS/MS检测相关防御基因表达量及植物激素含量变化,结果表明4种唾液蛋白均可显著提高小麦叶片内水杨酸(SA)途径防御基因PR-1和PAL表达量及SA含量,但降低了莉酸(JA)防御途径相关基因LOX、FAD表达量。通过室内生测研究发现,取食Sm10及SmC002过表达的小麦叶片,蚜虫产仔蚜量均显著升高。相反,取食SmGST1和SmCSP4过表达小麦叶片后,蚜虫存活率和产仔蚜量均显著下降。表明唾液蛋白Sm10和SmC002具有提高荻草谷网蚜适应性的作用,而SmGST1和SmCSP4则降低了蚜虫在小麦上的适应性。以SmCSP4作为研究对象,进一步通过酵母双杂交、双分子荧光互补(BIFC)、免疫共沉淀(Co-IP)等方法发现SmCSP4可与小麦转录因子TaWRKY76互作,利用酵母单杂交、双荧光素酶报告基因检测进一步表明TaWRKY76可激活水杨酸降解酶DMR6基因表达,而SmCSP4可抑制Ta WRKY76激活活性,进而引起小麦植株内水杨酸含量增加,提高寄主抗蚜性,阐明了荻草谷网蚜效应子蛋白SmCSP4激发小麦免疫分子机制。研究结果对蚜虫-小麦互作关系的解析及新型蚜虫绿色防控技术研发具有重要的理论和实践意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Salivary Effector Sm9723 of Grain Aphid Sitobion miscanthi Suppresses Plant Defense and Is Essential for Aphid Survival on Wheat.
谷类蚜虫 Sitobion micanthi 的唾液效应子 Sm9723 抑制植物防御,对小麦上的蚜虫生存至关重要
  • DOI:
    10.3390/ijms23136909
  • 发表时间:
    2022-06-21
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhang, Yong;Liu, Xiaobei;Fu, Yu;Crespo-Herrera, Leonardo;Liu, Huan;Wang, Qian;Zhang, Yumeng;Chen, Julian
  • 通讯作者:
    Chen, Julian
Screening and Evaluation for Antixenosis Resistance in Wheat Accessions and Varieties to Grain Aphid, Sitobion miscanthi (Takahashi) (Hemiptera: Aphididae).
小麦种质及品种对谷蚜 Sitobion miscanthi (Takahashi) 抗虫病抗性的筛选和评价(半翅目:蚜科)
  • DOI:
    10.3390/plants11081094
  • 发表时间:
    2022-04-18
  • 期刊:
    Plants (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
  • 通讯作者:
Screening and evaluation for antibiosis resistance of the spring wheat accessions to the grain aphid, Sitobion miscanthi (Takahashi) (Hemiptera: Aphididae)
春小麦种质对谷蚜Sitobion miscanthi (Takahashi)(半翅目:蚜科)抗生素抗性的筛选和评价
  • DOI:
    10.1016/s2095-3119(21)63716-4
  • 发表时间:
    2022-07-18
  • 期刊:
    JOURNAL OF INTEGRATIVE AGRICULTURE
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Gebretsadik, Kifle Gebreegziabiher;Zhang Yong;Chen Ju-lian
  • 通讯作者:
    Chen Ju-lian
荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析
  • DOI:
    10.16380/j.kcxb.2021.09.001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    付裕;王倩;张勇;陈巨莲
  • 通讯作者:
    陈巨莲
Comparative transcriptome and histological analyses of wheat in response to phytotoxic aphid Schizaphis graminum and non-phytotoxic aphid Sitobion avenae feeding
小麦对植物毒性蚜虫 Schizaphis graminum 和非植物毒性蚜虫 Sitobion avenae 取食的比较转录组和组织学分析
  • DOI:
    10.1186/s12870-019-2148-5
  • 发表时间:
    2019-12-10
  • 期刊:
    BMC PLANT BIOLOGY
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhang,Yong;Fu,Yu;Chen,Julian
  • 通讯作者:
    Chen,Julian

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其他文献

植物防御信号物质JA/SA对桃蚜解毒酶谷胱甘肽-S-转移酶及唾液腺基因C002表达诱导反应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学:生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张勇;范佳;赵兴延;刘勇;孙京瑞;Frederic Francis;陈巨莲
  • 通讯作者:
    陈巨莲
Identification of an intraspecific alarm pheromone and two conserved odorant-binding proteins associated with (E)-β-farnesene perception in aphid Rhopalosiphum padi
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Insect Physiology
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    范佳;薛文鑫;段红霞;蒋欣;张勇;于文娟;江珊珊;孙京瑞;陈巨莲
  • 通讯作者:
    陈巨莲
田间土壤施硅对小麦和麦蚜的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    植物保护学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫甲;王怡;李迁;王倩;谭晓玲;陈巨莲
  • 通讯作者:
    陈巨莲
枫长镰管蚜气味结合蛋白OBP3的cDNA克隆和序列分析及其成虫嗅觉行为反应测定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范佳;Sophie VANDERMOTEN;Frederic FRANCIS;刘勇;陈巨莲;程登发;FAN Jia1,2,Sophie VANDERMOTEN2,Frederic FRANCIS2,L;2.Functional;Evolutionary Entomology,Gembloux;3.College of Plant Protection,Sh;ong Agricultura
  • 通讯作者:
    ong Agricultura
小麦蚜虫田间调查及监测技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    应用昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周海波;程登发;陈巨莲
  • 通讯作者:
    陈巨莲

其他文献

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陈巨莲的其他基金

麦蚜嗅觉关联基因鉴定及其对EBF及类似物特异识别机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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