近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院黃俊斌教授團(tuán)隊在Plant Physiology在線發(fā)表了題為“A secreted fungal subtilase interferes with rice immunity via degradation of SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1”的研究論文，研究揭示了稻曲菌分泌枯草桿菌蛋白酶靶向降解水稻廣譜抗病正調(diào)控因子OsSGT1以抑制寄主抗性的分子機(jī)制。
稻曲病是水稻生產(chǎn)上的主要病害之一。在我國，稻曲病發(fā)生尤為嚴(yán)重，年均造成2.5億公斤的稻米損失，且產(chǎn)生的稻曲菌毒素對動物細(xì)胞和器官有潛在毒性，嚴(yán)重威脅我國糧食安全。培育和利用抗病品種是作物病害防控、維持農(nóng)業(yè)綠色持續(xù)發(fā)展最經(jīng)濟(jì)、有效的手段，但現(xiàn)階段抗稻曲病品種和基因資源嚴(yán)重缺乏，還未發(fā)現(xiàn)可利用的天然抗源。因此，深入解析稻曲菌侵染機(jī)制及其與水稻的互作機(jī)理，可為水稻抗稻曲病品種的遺傳改良提供理論依據(jù)和重要資源。枯草桿菌蛋白酶是一類重要的絲氨酸蛋白酶，廣泛存在于真核和原核生物中，參與多種生物學(xué)功能。已有研究表明，病原真菌中的枯草桿菌蛋白酶與病菌本身的生長、產(chǎn)孢、自噬、脂質(zhì)代謝及致病力等功能相關(guān)；然而，枯草桿菌蛋白酶在病原菌與植物互作過程中的分子調(diào)控機(jī)制仍不清楚。
研究表明，稻曲菌分泌性的枯草桿菌蛋白酶UvPr1a在花器定殖不同階段顯著上調(diào)表達(dá)，敲除UvPr1a可顯著減低稻曲菌致病力；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，UvPr1a是一種定位于植物細(xì)胞質(zhì)的毒力效應(yīng)蛋白，能夠抑制Bax誘導(dǎo)的植物細(xì)胞死亡。在水稻中外源表達(dá)UvPr1a降低了水稻對稻曲病、稻瘟病、水稻紋枯病和水稻白葉枯病的抗病性，而靶向UvPr1a進(jìn)行寄主誘導(dǎo)的基因沉默增強(qiáng)了水稻的抗病能力。通過篩庫和一系列互作試驗發(fā)現(xiàn)UvPr1a與水稻重要免疫調(diào)控因子OsSGT1（SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1）在植物細(xì)胞質(zhì)中互作；部分敲除OsSGT1導(dǎo)致水稻對稻曲病、稻瘟病、水稻紋枯病和水稻白葉枯病的抗性減弱，過表達(dá)OsSGT1可顯著提高水稻廣譜抗病性。體內(nèi)和體外試驗證實，UvPr1a蛋白可直接降解水稻OsSGT1蛋白，異源表達(dá)UvPr1a水稻中OsSGT1蛋白含量降低。該研究揭示了稻曲菌分泌枯草桿菌蛋白酶UvPr1a靶向降解水稻免疫調(diào)控因子OsSGT1從而抑制寄主抗性的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)OsSGT1具有遺傳改良水稻抗稻曲病及廣譜抗性的潛力。
植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士生陳曉洋和碩士生李夏冰為論文的共同第一作者，鄭露副教授為通訊作者。我校黃俊斌教授、羅朝喜教授、陳小林教授、謝卡斌教授、李國田教授、劉浩副教授、陰偉曉副教授、博士生段宇航、碩士生裴張新以及加拿大圭爾夫大學(xué)Tom Hsiang教授參與了該項工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、湖北省重點研發(fā)計劃重點項目、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)自主科技創(chuàng)新基金的資助。
【英文摘要】
Serine protease subtilase, found widely in both eukaryotes and prokaryotes, participates in various biological processes. However, how fungal subtilase regulates plant immunity is a major concern. Here, we identified a secreted fungal subtilase, UvPr1a, from the rice false smut （RFS） fungus Ustilaginoidea virens. We characterized UvPr1a as a virulence effector localized to the plant cytoplasm that inhibits plant cell death induced by Bax. Heterologous expression of UvPr1a in rice （Oryza sativa） enhanced plant susceptibility to rice pathogens. UvPr1a interacted with the important rice protein OsSGT1 （SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1）， a positive regulator of innate immunity against multiple rice pathogens, degrading OsSGT1 in a protease activity–dependent manner. Furthermore, host-induced gene silencing of UvPr1a compromised disease resistance of rice plants. Our work reveals a previously uncharacterized fungal virulence strategy in which a fungal pathogen secretes a subtilase to interfere with rice immunity through degradation of OsSGT1, thereby promoting infection. These genetic resources provide tools for introducing RFS resistance and further our understanding of plant-pathogen interactions.
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiac334/6647860?searchresult=1
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