效应子Avr3b单点突变的功能分析及基于效应子筛选的马铃薯品种新抗性挖掘

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ec54lulu
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疫霉菌(Phytophthora spp.)是一类严重威胁作物生产的植物毁灭性病害。其中最具代表性的是致病疫霉(Phytophthora infestans)和大豆疫霉(Phytophthora sojae)。疫霉菌在侵染植物时会分泌出大量的特异性效应蛋白(effector)。这些蛋白中有一类蛋白的N端具有“精氨酸-任意氨基酸-亮氨酸-精氨酸(RXLR)”保守序列,并且在疫霉菌基因组中含有超过400个编码基因。这些RXLR效应蛋白能抑制植物的免疫系统进而使植物对病原体感病。而植物在协同进化中也进化出编码受体蛋白的抗病基因识别病菌RXLR效应蛋白,从而诱导植物产生抗病反应以阻止疫霉菌进一步危害。Avr3b是大豆疫霉分泌的RXLR效应蛋白,在侵染过程中,Avr3b与大豆中的亲环蛋白GmCYP1互作,并激活其自身的Nudix水解酶活性。大豆菌P6497的Avr3b中的甘氨酸-脯氨酸(GP)基序赋予其作为底物与亲环蛋白GmCYP1的结合,而GP基序中脯氨酸(P132)的取代将导致Avr3b水解酶活性丧失,植物感病性降低。更重要的是突变体Avr3bp132A不会被GmCYP1激活,因此该突变体未被大豆抗病基因Rps3b识别。我们发现大豆疫霉菌株P7076中GP位点的P132天然突变为A132,推测使得GP位点的功能丧失,我们对此处的A132基序进行替换为P132,利用粒子轰击法介导的瞬时基因表达方法在大豆中瞬时表达LUC和Avr3bA132P。通过多化学发光成像系统观察到LUC 阳性斑点显著下降,说明活性细胞数量显著降低,这与我们先前预测由于Avr3bA132P能够被抗病基因Rps3b识别,所以含有Rps3b抗病基因的大豆能被该突变体诱导更多的细胞死亡。研究进一步证实了无毒效应蛋白Avr3b的关键氨基酸位点132,由于是亲环蛋白GmCYP1的底物结合位点,其功能对于Avr3b能否被抗病基因识别至关重要,也解释了田间携带Avr3bP132A的大豆疫酶菌株为什么能适应抗病大豆的原因。马铃薯晚疫病菌分泌大量的RXLR效应蛋白,其中有少部分因为可以诱导植物的抗性,根据基因对基因的理论,推测可能是被马铃薯的抗病基因所识别。马铃薯品种C88是我国西南地区推广较好的品种,具有良好的晚疫病抗性,但是其抗病背景不清楚。本研究以实验室克隆的60个马铃薯晚疫病菌效应因子为检测探针,以烟草和马铃薯品种德西瑞(Desiree)为对照,利用PVX病毒瞬时表达系统,在马铃薯品种C88品种上表达并检测效应因子诱导细胞死亡的表型。研究结果发现检测的60个效应因子中,有3个效应因子(PITG-04085、PITG-06308和PITG-23092)能强烈诱导植物细胞死亡。在本研究中,细胞坏死诱导蛋白NLP1被用作对照。此外,我们还测试了PITG-04085,PITG-06308和PITG-23092对本氏烟草叶和马铃薯品种德西瑞(Desiree)的反应,后面两种植物均未显示细胞死亡反应,证实这些效应因子在C88上诱导的植物反应是特异性的,可能意味着有新型抗病基因在该品种中,为今后抗病基因的挖掘指明了方向。
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