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Mol Plant |中国农科院王国梁团队揭示水稻抗稻瘟病调控新机制


解析这些NLR蛋白介导的水稻广谱抗瘟机制对进一步有效利用抗性基因具有重要意义。水稻Piz-t基因和相对应的稻瘟菌无毒基因AvrPiz-t 分别于2006和2009年得到鉴定和克隆。进一步研究发现,AvrPiz-t通过靶标水稻转录因子APIP5、E3泛素连接酶APIP6和APIP10、钾离子通道蛋白OsAKT1和胰蛋白酶抑制剂APIP4调控稻瘟菌的致病性和水稻的抗病性。然而,NLR抗病蛋白Piz-t介导的抗病机制以及泛素连接酶APIP10如何促进Piz-t蛋白的降解还不清楚。


2020年11月10日,中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室在著名期刊MolecularPlant上发表了题为Two VOZ Transcription Factors Link An E3 Ligase and An NLRImmune Receptor to Modulate Immunity in Rice的研究论文,报道了水稻E3泛素连接酶APIP10泛素化修饰转录因子OsVOZ1和OsVOZ2,及两个转录因子协同负调控稻瘟菌的基础抗性而正调控NLR蛋白Piz-t介导的ETI反应。研究揭示了VOZ转录因子作为桥梁连通泛素连接酶对抗病蛋白调的分机制。

研究人员通过酵母双杂交实验发现,OsVOZ1与APIP10相互作用最强。通过水稻基因组DNA数据库搜索,发现OsVOZ2与OsVOZ1具有很高的序列相似性,Y2H实验表明在酵母中,OsVOZ1C和OsVOZ2C都与APIP10相互作用,并通过26S蛋白酶体途径促进其降解,表明OsVOZ1/OsVOZ2是APIP10泛素化的底物。

Y2H和荧光素酶互补图像分析


为了证明OsVOZ1和OsVOZ2是否为功能性转录因子,酵母单杂交实验结果显示OsVOZ1和OsVOZ2都具有很强的自激活作用,转录激活域位于碳末端。在拟南芥原生质体中进行转录活性分析,结果表明,OsVOZ1可能作为转录阻遏物,而OsVOZ2作为转录激活物,亚细胞定位显示OsVOZ1和OsVOZ2主要位于核内。LCI试验显示OsVOZ1和OsVOZ2可以形成二聚体。为了测试当OsVOZ1和OsVOZ2形成不同种类的二聚体时的转录活性,在拟南芥原生质体中进行分析,结果显示OsVOZ1虽然具有转录抑制活性,但逐渐增加35S-OsVOZ1质粒的量导致了OsVOZ2转录激活活性的增强,但没有改变OsVOZ2的积累,说明OsVOZ1增强OsVOZ2的转录活性

转录活性分析中使用的构建体与转录活性测定


研究人员使用CRISPR-Cas9技术产生两个基因的功能缺失突变体用于接种米曲霉后,与从韩国水稻突变体库获得了OsVOZ1 (PFG_K-05631,命名为osvoz1 -1)和OsVOZ2 (PFG_3A-07565,命名为osvoz2 -1)的T-DNA系的突变体抗病性表型一致,结果表明,对于抗米曲霉而言,OsVOZ1起负调节作用,而OsVOZ2起正调节作用。通过遗传杂交分析表明OsVOZ1/OsVOZ2功能冗余并协同性地负调控水稻细胞死亡和基础抗性。进一步发现,OsVOZ1/OsVOZ2能够与抗病蛋白Piz-t相互作用,在Piz-t背景下抑制表达OsVOZ1/OsVOZ2削弱了Piz-t的转录水平、蛋白积累和对非亲和小种的抗病性。说明APIP10通过OsVOZ1/OsVOZ2调控Piz-t介导的免疫反应


APIP10、OsVOZ1和OsVOZ2在AvrPiz-t和Piz-t相互作用中的工作模型

该研究率先鉴定了泛素连接酶APIP10在水稻中的底物蛋白,并发现维管植物单锌指转录因子在水稻基础抗病和特异性抗病过程中都发挥着关键作用,为创制新的病害防控策略和抗病分子育种奠定了理论基础。

文献链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.005

Mol Plant |中国农科院王国梁团队揭示水稻抗稻瘟病调控新机制
该研究率先鉴定了泛素连接酶APIP10在水稻中的底物蛋白,并发现维管植物单锌指转录因子在水稻基础抗病和特异性抗病过程中都发挥着关键作用,为创制新的病害防控策略和抗病分子育种奠定了理论基础。
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