绿盲蝽唾液腺候选效应子Al106调控植物免疫反应的分子机制解析
批准号:
32072431
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
夏爱
依托单位:
学科分类:
作物免疫与抗性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
夏爱
中文摘要
绿盲蝽是危害我国棉花、果树、蔬菜和其他农作物的杂食性刺吸式害虫,危害严重。昆虫取食时分泌效应子到植物体内调控寄主抗虫免疫反应来促进营养的吸收,我国科学家在昆虫效应子调控寄主免疫机制方面已经取得了多项重要进展,但对绿盲蝽效应子的研究目前尚不多见。本项目前期从绿盲蝽中筛选到一个候选效应子Al106,它是一个带有信号肽且具有肽脯氨酰顺反异构酶结构域的亲环蛋白,编码基因在成若虫取食期以及唾液腺中高表达,在烟草过表达后能抑制植物病原菌激发子INF1引起的细胞死亡和PAMP诱导的活性氧爆发,说明它是一个潜在的效应子。因此,本项目拟以Al106候选效应子为切入点,开展效应子的分泌、酶活及其与干扰植物抗虫免疫反应的关系、靶标鉴定与功能分析等研究,深入揭示昆虫唾液腺亲环蛋白作为效应子操控植物免疫防御反应的分子机制,为昆虫与植物之间的“防御-反防御”的认识奠定理论基础,为绿盲蝽的防治提供新的研究思路和方法。
英文摘要
The mired bug Apolygus lucorum is an omnivorous piercing-sucking insect that endangers cotton, fruit trees, vegetables and other agricultural crops in China, causing massive economic losses. During herbivorous insect feeding, the effectors secreted from salivary glands are injected into plants to interfere with host immune responses for facilitating nutrient ingestion. Available literature on insect effectors has revealed exciting insight into the molecular mechanisms of plant–insect interactions. However, the studies of salivary gland effector in A. lucorum are limited. Prior to this research proposal, we have characterized one candidate salivary gland effector named Al106 from A. lucorum, which encodes a cyclophilin protein with a signal peptide, and contains a peptidyl-prolyl cis–trans isomerases (PPIase) domain. This gene was highly expressed at the feeding stages of nymph and adult, and its mRNAs were especially highly enriched in the salivary glands. Transient in planta overexpression of Al106 in Nicotiana benthamiana inhibited the cell death and reactive oxygen burst (ROS) induced by the plant pathogen Phytophthora infestans PAMP, INF1, therefore, all the evidence indicated that Al106 is a potential A. lucorum effector. This project intends to further explore the roles of Al106 in phloem sap ingestion and modulating plant immunity, to illustrate the relationship between PPIase enzyme activity and molecular functions of Al106, and to identify the target proteins of Al106 using protein-protein interaction assays. Eventually, this project will uncover the molecular mechanisms of an insect cyclophilin secreted into host plant cells as effectors to manipulate plant immune defense responses. Our results will offer new insight into the multiple–layered mechanisms of “defense and counter-defense” during insect-plant interactions, and this research will also provide novel ideas and methods for the control of A. lucorum.
亲环蛋白属于免疫亲环素亚家族,具有肽脯氨酰顺反异构酶(PPIase)结构域。在人体内,亲环蛋白通过阻断T细胞信号传递,从而抑制免疫反应;在植物中,它是防御病原菌入侵的关键免疫成分。值得注意的是,人类和植物病原菌的效应子能够靶向、挟持甚至模拟寄主的亲环蛋白,借助其PPIase活性抑制或逃避宿主的免疫反应。在本项目的前期工作中,我们从绿盲蝽的唾液腺蛋白中筛选出了Al106,预测其是一种带有信号肽的亲环蛋白。过表达Al106的本氏烟能够抑制病原体相关分子模式INF1引发的细胞死亡和活性氧爆发,并且促进棉铃虫的取食。通过设计和合成针对Al106的特异性抗体,本项目证实了Al106是绿盲蝽取食时分泌到寄主植物体内的效应子。RNAi沉默绿盲蝽体内Al106基因的实验结果表明,Al106促进了绿盲蝽在大豆上的取食和存活。通过本氏烟异源基因过表达实验,我们发现该蛋白还能够促进病原菌的侵染。原核蛋白表达及酶活性测定实验进一步表明,Al106具有PPIase酶活性,其抑制植物免疫的功能依赖于PPIase酶活性。因此,Al106作为绿盲蝽分泌到寄主植物体内的亲环蛋白,能够通过其PPIase酶活抑制植物免疫,并促进昆虫的取食。靶标蛋白鉴定和互作实验揭示,Al106与植物中的U-box蛋白PUB33的激酶结构域发生互作,通过PPIase酶活性抑制PUB33的E3泛素连接酶活性。利用PUB33基因沉默的本氏烟和转基因南芥的实验结果进一步证实,PUB33是植物免疫的正调控因子。因此,本项目阐明了昆虫分泌亲环蛋白到植物体内,利用PPIase酶活性抑制PUB33的E3泛素连接酶活性,从而抑制植物免疫并促进昆虫取食的分子机制。这一研究为深入解析昆虫效应子逃逸寄主免疫防御反应提供了重要依据,并为开发靶向沉默Al106的绿盲蝽RNAi绿色农药提供了新的研究思路和方法。
点蜂缘蝽利用同源蛋白抑制RPH1介导的植物免疫机制解析及抗虫基因设计
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批准号:32572822
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:夏爱
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依托单位:
点蜂缘蝽效应子RP29负调控光合作用影响大豆籽粒发育的机制解析
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批准号:32372531
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:夏爱
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依托单位:
贵阳腐霉菌CRN类效应子的杀蚊功能与作用机制研究
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批准号:31770157
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:夏爱
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依托单位:
中华按蚊物理图谱的构建与进化分析
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批准号:31301877
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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:2013
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负责人:夏爱
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依托单位:
国内基金
海外基金