RxLR效應分子協同互作控制大豆疫霉對寄生侵染過程.pdf

1、大豆疫霉(Phytophthora sojae)引起的大豆根莖腐病是威脅全世界大豆生產的毀滅性的病害之一，每年導致全球高達十幾億美元的直接經濟損失。大豆疫霉是一類營半活體營養(yǎng)的病原卵菌，在侵染寄主的初期營活體營養(yǎng)，待成功侵入之后轉入死體營養(yǎng)階段。因此大豆疫霉的侵染過程中必然存在著復雜的分子機制來操縱植物的細胞死亡。目前的研究發(fā)現，大豆疫霉分泌的RxLR類效應分子如Avr1b等能夠進入寄主細胞內，抑制植物的防衛(wèi)反應，從而促進自身的侵入和擴

2、展。生物信息學發(fā)現大豆疫霉基因組中RxLR家族效應分子有超過350個之多，如此眾多的效應分子如何在大豆疫霉的致病過程中相互協調發(fā)揮作用目前還缺乏系統(tǒng)的研究。本研究通過對大豆疫霉RxLR類效應分子的轉錄譜的分析、抑制植物過敏性細胞死亡及與之相關關鍵氨基酸位點的功能篩選、不同生理小種間序列多態(tài)性分布等進行了多方面的研究，初步闡明了大豆疫霉RxLR家族效應分子在大豆疫霉致病過程中通過相互協調抑制植物防衛(wèi)反應的機制。
　　 大豆疫霉Rx

3、LR類效應分子的程序化轉錄和功能相互作用抑制植物的防衛(wèi)反應：本研究對170個RxLR效應分子的功能進行了初步分析。研究中發(fā)現雖然有少數效應分子(11個)能夠直接激發(fā)植物的免疫反應，但有超過75％的效應分子對老鼠細胞凋亡前體蛋白Bax引起的植物細胞死亡具有抑制作用，而其中具有C端保守W結構域的RxLR效應分子對Bax觸發(fā)的PCD(BT-PCD)具有更顯著的抑制活性。系統(tǒng)比較分析了W結構域各氨基酸組成與抑制BT-PCD之間的關系，鑒定了8個

4、與之相關的位點。而氨基酸位點突變實驗證明位于W結構域第二個α螺旋的疏水性氨基酸與抑制BT-PCD的功能顯著相關。研究中還發(fā)現RxLR效應分子的功能與其表達水平有顯著關聯，隨著表達時間和表達豐度的積累，抑制BT-PCD的活性也隨之增強。本文利用MicroArray數據對大豆疫霉的效應分子進行轉錄水平的研究，鑒定出20個在大豆疫霉侵染前期受誘導高量上調表達的效應分子。按照這些效應分子的表達豐度和轉錄調節(jié)進行劃分，將其分為三種表達模式，即侵染

5、前期表達量持續(xù)較高(Immediately-Early effectors，IE)和侵染早期6-12h受誘導上調表達(Early effectors，E)以及雖然在前期誘導表達但是表達量和上調量都相對較低(Early-weak)三種表達模式。利用Real-time PCR對親和互作中的效應分子表達模式進行驗證，發(fā)現在不同菌株中的效應分子表達模式基本一致，推測這種表達模式是程序化的，可能與其功能實現有關。而利用大豆疫霉轉化技術干擾兩類表達

6、量較高的效應分子中的關鍵基因Ayh238和Ayh172的轉錄水平，破壞其轉錄表達模式，則導致菌株致病力明顯下降。說明這種程式化的轉錄模式一旦發(fā)生紊亂，就會影響菌株的毒性，同時也證明兩類高表達的效應分子在侵染過程中都具有重要作用。
　　 對不同表達模式的效應分子的功能做進一步研究分析發(fā)現，E類的效應分子能夠特異性抑制PAMP觸發(fā)的植物免疫反應，而IE類效應分子則特別對效應分子觸發(fā)的PCD有活性。兩類效應分子分別針對植物免疫系統(tǒng)的不

7、同層面，推測可能合作抑制植物防衛(wèi)反應。本研究在煙草上成功模擬了兩類效應分子的合作模式：卵菌的PAMP被植物的膜上受體識別激發(fā)PTI，誘導E類效應分子如Avh238在侵染前期高量上調表達，引起植物包括非寄主煙草和寄主大豆的PCD，而在侵染過程中一直表達量較高的Avh172則能夠抑制Avh238引起的PCD，而兩者的同時存在還能夠抑制INF1以及MAPK信號通路在煙草上引發(fā)的過敏性細胞死亡，證明兩類效應分子能夠依靠功能互補來廣泛抑制植物的防

8、衛(wèi)反應。
　　 本研究還發(fā)現Ayh238在不同菌株中的等位基因存在著高度的序列多態(tài)性。其中來自菌株P7076的Ayh238等位基因產物在煙草中的表達產物不能引起HR。功能實驗則證明Ayh238P7076能夠抑制在煙草葉片上瞬時表達卵菌PAMP-INF1以及下游的MAPK信號通路所引起的HR反應。證明這種序列的多態(tài)性能夠幫助RxLR效應分子逃避植物對其的識別作用，但不會影響其本身的毒性功能。對所有已知的無毒基因和兩類在侵染中高表達