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小麦叶锈菌侵染引发的小麦叶锈病是一种广泛且严重的小麦病害,在流行年份对小麦生产造成严重损失。对寄主抗病分子机制的研究有助于从根本上控制这类病害对粮食安全造成的影响。本课题组长期从事小麦-叶锈菌互作中寄主抗病机制的研究工作,并通过药物学试验发现胞内信号钙离子（calcium,Ca2+）、过氧化氢（hydrogen peroxide,H2O2）、一氧化氮（nitric oxide,NO）,以及植物激素水杨酸（salicylic acid,SA）参与小麦-叶锈菌互作中超敏性反应-细胞程序性死亡（hypersensitive response-programmed cell death,HR-PCD）的调控过程。翻译控制肿瘤蛋白（translationally controlled tumor protein,TCTP）广泛存在于真核细胞中,并参与包括生长发育、细胞扩展、细胞程序性死亡在内的多种生物学过程的调控。高通量测序分析表明,TaTCTP的表达水平在由小麦近等基因系TcLr26和叶锈菌生理小种260组成的不亲和组合中被诱导,且其表达水平受Ca2+调控。本研究通过病毒诱导的基因沉默（virus-induced gene silencing,VIGS）、RNA干扰（RNA interference,RNAi）、串联亲和纯化-质谱联用（tandem affinity purification-mass spectrometry,TAP-MS）、酵母双杂交（yeast two-hybrid,Y2H）、免疫共沉淀（co-immunoprecipitation,Co-IP）、双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation,BiFC）等手段,对TaTCTP在小麦抵抗叶锈菌侵染中的功能及作用机制进行了解析。获得的主要结果如下:1、使用RT-qPCR检测TaTCTP在由TcLr26及其轮回亲本Thatcher与叶锈菌生理小种260组成的不亲和及亲和组合中的表达水平。结果显示,在不亲和组合中,TaTCTP的转录水平受小麦叶锈菌侵染诱导,并分别在接种后12和96 h达到最高;在亲和组合中,TaTCTP的转录水平几乎不受影响。使用EGTA螯合胞外Ca2+,发现TaTCTP在转录水平受叶锈菌侵染诱导的程度降低,这一结果与转录组结果基本一致。借助Western blotting对TaTCTP的蛋白积累水平进行分析,发现不亲和组合中TaTCTP的积累受叶锈菌侵染诱导,并且在接种后48和120 h达到最高,而在亲和组合中TaTCTP的蛋白无法被检测到。由此推测TaTCTP可能参与小麦对叶锈菌侵染的应答过程,并对小麦抗锈性发挥正调控作用。2、借助反向遗传学方法VIGS和RNAi研究TaTCTP在小麦与叶锈菌互作过程中的作用。结果显示,沉默TaTCTP小麦叶片上产生的叶锈菌吸器母细胞（Haustorial mother cell,HMC）数量较对照组增多,由此诱发的发生HR-PCD的细胞面积也变大。据此推测TaTCTP的沉默降低了小麦对叶锈菌的抗性。3、通过TAP-MS钓取了TaTCTP的互作蛋白。以酵母双杂交、Co-IP、BiFC分析验证了TaTCTP和小麦钙调磷酸酶B类蛋白互作蛋白激酶23（calcineurin B-like protein-interacting protein kinase 23,CIPK23）的相互作用,并发现 TaTCTP 和TaCIPK23 在植物细胞内的互作发生在内质网。通过引入截短突变体,发现TaTCTP与TaCIPK23的N-末端和C-末端发生互作。4、磷酸化分析发现,TaCIPK23可以磷酸化TaTCTP的Ser17和Thr73氨基酸残基,经磷酸化修饰后的TaTCTP与TaCIPK23的相互作用减弱。磷酸化的TaTCTP可诱导植物发生HR类细胞死亡。5、RT-qPCR分析表明,TaCIPK23的转录水平在不亲和组合中随叶锈菌侵染持续上调且受Ca2+信号调控,而在亲和组合中则无明显变化。借助VIGS技术在不亲和组合中沉默TaCIPK23,发现与对照植株相比,沉默TaCIPK23的植株上产生了更多的HMC,并造成更大的HR-PCD细胞面积。共同沉默TaTCTP和TaCIPK23与分别沉默TaTCTP和TaCIPK23的植株上产生了相近的HMC数量和HR-PCD细胞面积,对病程相关蛋白（pathogenesis-related,PR）基因TaPR1、TaPR2、TaPR5表达水平的影响也相似,表明TaTCTP与TaCIPK23可能参与相同的抗病信号转导通路。综上所述,TaTCTP和TaCIPK23共同参与小麦对叶锈菌的防卫反应,其可能的机制如下:叶锈菌侵染诱导不亲和组合中TaTCTP和TaCIPK23的表达水平上调;TaCIPK23磷酸化TaTCTP,细胞内积累的磷酸化TaTCTP水平加快了发生HR-PCD细胞的死亡进程,从而限制叶锈菌获取营养,增强寄主抗病性。本研究阐明了一条小麦-叶锈菌互作过程中Ca2+下游的抗病反应通路,鉴定了 TaTCTP是TaCIPK23的调控靶蛋白。这一结果对完善小麦抵御叶锈菌侵染过程中HR-PCD发生的分子机制具有重要意义;为利用分子育种手段培育抗病小麦新种质提供了宝贵基因资源。