大豆疫霉效应分子CRN63在植物中的靶标鉴定与功能分析

【摘要】大豆疫霉菌(Phytophthorasojae)侵染大豆所引起的疫霉根腐病是大豆生产中的一种毁灭性病害,由于疫霉菌基因组较大、遗传转化困难等原因使得其致病机制的研究一直进展缓慢,在农业生产上也缺乏行之有效的疫霉病害防控策略。病原菌为了侵染植物,必须成功攻破植物的防卫反应,其中起主要作用的是病原菌分泌的一类被称为效应分子的小分子蛋白,它们可以干扰寄主植物细胞的正常代谢和功能,促进病原菌的定殖和扩展。基因组测序发现疫霉菌中存在大量的效应分子基因,而CRN基因家族就是疫霉菌一类在植物细胞质内发挥作用的效应分子,但对其功能和机制还知之甚少。本研究分析了大豆疫霉9个CRN效应分子的功能,鉴定并验证了效应分子CRN63在植物中的分子靶标,确定为过氧化氢酶,详细研究了CRN63与该基因之间的互作机制,初步解释了效应分子CRN63的毒性作用机制,加深了对CRN类效应分子功能和作用机制的认识。大豆疫霉9个CRN效应分子的功能分析和CRN63在植物中的靶标鉴定与验证：我们首先测试了进化上同一分支(A5)的9个CRN成员的生物活性,发现这组成员中只有CRN172-2可以引起细胞死亡,其他组员对PsojNIP、Avh241、Bax、CRN63、Avr3a+R3a等细胞死亡诱导因子的抑制活性各不相同。以效应分子CRN63为诱饵,利用免疫共沉淀(Co-IP)技术,我们在本氏烟中筛选得到了大豆疫霉胞内效应分子CRN63的互作蛋白过氧化氢酶(catalase,CAT);通过双分子荧光互补(BiFC)技术验证,确认了CRN63与CAT可以发生特异性互作。CAT是一类氧化还原酶,具有催化H202分解为H20和O2的生物活性,已有研究表明它对植物抗性具有重要的作用。本氏烟过氧化氢酶基因的功能：我们采用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术和过表达技术,证明了CAT在植物抗病过程中发挥重要作用。沉默本氏烟CAT基因后降低了本氏烟对辣椒疫霉的抗性,而过表达本氏烟CAT1a基因则可以提高本氏烟对辣椒疫霉的抗性,并且可以抑制效应分子CRN63引起的细胞死亡。效应分子CRN63与植物CAT互作的机制分析：效应分子CRN63可以诱导植物组织中H202的大量积累；通过观察CRN63对本氏烟CAT1a定位的影响,发现CRN63能够改变CAT1a的定位,使其更多的在细胞核中积累；并能降低CAT1a蛋白的稳定性。因此,我们认为CRN63可以直接与寄主CAT发生互作,通过改变CAT的定位和蛋白稳定性,降低其酶活,从而影响寄主细胞中H202的清除,诱导寄主细胞的坏死反应。
【作者】刘莉；
【导师】窦道龙；
【作者基本信息】南京农业大学，植物病理学，2013，硕士
【关键词】大豆疫霉；效应分子；CRN63；互作靶标；过氧化氢酶；

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