西北农林科技大学蔬菜生物技术与种质资源创新团队在马铃薯与晚疫病菌互作机制方面取得新进展

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近日，西北农林科技大学园艺学院蔬菜生物技术与种质资源创新团队杜羽教授课题组在植物学知名期刊《 New Phytologist 》发表题为“A Phytophthora infestans RXLR effector targets a potato ubiquitin-like domain-containing protein to inhibit the proteasome activity and hamper plant immunity”的研究论文，该研究揭示了晚疫病菌效应蛋白Pi06432通过靶向并稳定马铃薯中一个负调控植物免疫的类泛素结构域蛋白StUDP，从而降解26S蛋白酶体亚基StRPT3b并干扰蛋白酶体稳态，进而抑制SA相关的植物防卫反应。



马铃薯（ Solanum tuberosum  L.）是我国重要的粮蔬两用作物，在保障我国粮食安全和推进脱贫攻坚中作用重大。由致病疫霉菌（ Phytophthora infestans ）引起的马铃薯晚疫病是马铃薯生产上的第一大病害，严重制约着我国马铃薯单产水平。该类病菌可分泌大量效应蛋白到寄主植株中，通过靶向寄主中防卫相关的关键蛋白而促进植物感病。所谓“知己知彼，百战不殆”，挖掘效应蛋白寄主靶标，研究其靶向寄主靶标的分子机理，有利于解析晚疫病菌致病机制和马铃薯的抗病或感病机制，为马铃薯抗病育种提供理论基础。

该课题组前期研究发现，晚疫病菌关键效应蛋白AVR1通过靶向寄主囊泡运输相关的sec5而促进植物感病，Pi06432作为AVR1的同源物，能够增强该病原菌对植物的侵染，但其不与sec5互作，表明Pi06432利用不同的策略来削弱植物免疫（Du et al., 2015a; Du et al., 2015b）。UDP （UBIQUITIN-LIKE DOMAIN-CONTAINING PROTEIN）是一类包含ubiquitin-like结构域的蛋白，已有研究表明其参与多种细胞过程，例如结合蛋白酶体，介导底物蛋白的降解等。目前，还没有研究报道UDP蛋白在植物免疫中的作用，本研究首次发现UDP蛋白可以被病原菌效应蛋白Pi06432所靶向，并明确了该UDP蛋白在植物免疫中的负调控作用，解析了其促进植物感病的分子机理。

该研究通过酵母双杂交筛选获得了Pi06432的互作蛋白StUDP。进一步的酵母双杂交（Yeast Two Hybrid，Y2H）、免疫共沉淀（Co-immunoprecipitation assay，Co-IP）以及pull down等试验确认了Pi06432和StUDP之间的相互作用。该研究通过对该基因的过表达和沉默植株的疫霉菌接种试验发现， StUDP 的瞬时表达和稳定表达可削弱植物对疫霉菌的抗性，而 NbUDP 和 StUDP 的沉默提高了植物对疫霉菌的抗性，明确了 StUDP 是植物对疫霉菌抗性的负调控子。

为进一步探究StUDP促进植物感病的机制，该研究通过免疫沉淀联合质谱分析（IP-MS）鉴定其在植物中的互作蛋白，发现UDP与蛋白酶体的多个亚基互作。Western blot试验表明UDP可减弱其中一个亚基RPT3b的稳定性，从而干扰19S蛋白酶体的组装、抑制蛋白酶体的活性。此外，该研究还发现Pi06432对StRPT3b蛋白稳定性的减弱和对蛋白酶体活性的抑制依赖于其寄主靶标UDP。

考虑到UDP影响了蛋白酶体的稳态，该研究对StUDP过表达植物材料进行了蛋白组测序，以鉴定UDP是否影响植物免疫中关键蛋白的累积水平，结果显示StUDP显著降低了SA合成相关的关键转录因子SARD1（SYSTEMIC ACQUIRED RESISTANCE DEFICIENT 1）的蛋白累积，Western blot实验进一步确认了该结果。此外，SA含量测定结果表明Pi06432和StUDP均显著抑制了植物中的SA水平。

综上所述，该研究揭示了晚疫病菌效应蛋白Pi06432通过靶向并稳定寄主免疫负调控子StUDP，从而降解26S蛋白酶体亚基RPT3b、减弱蛋白酶体活性，进而抑制SA介导的免疫反应，促进植物感病（图1）。该研究发现了疫霉菌效应蛋白新的寄主靶标UDP，并解析了效应蛋白通过操纵该靶标而促进寄主感病的分子机理，为马铃薯抗晚疫病育种提供了重要的理论基础。

我院杜羽教授为论文的通讯作者，博士研究生王紫薇和青年教师李婷婷为论文的共同第一作者。西北农林科技大学单卫星教授，瓦赫宁根大学Matthieu H.A.J. Joosten教授、Francine Govers教授参与了该研究。该研究还得到了园艺科学研究中心的技术支持。





来源：西北农林科技大学。点击左下角“阅读原文”查看论文全文。

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