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揭示新作用模式调控对锈病的防御反应
日期:2020-10-12 作者: 来源:西北农林大学 点击:
 近日,New Phytologist 在线发表了西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室植物免疫团队、美国蒙大拿州立大学黄俐教授和澳大利亚 CSIROEvans Lagudah 院士三个团队合作发表的题为“A new mode of NPR1 action via an NB-ARC-NPR1 fusion protein negatively regulates defense response to stem rust pathogen in wheat”的文章,报道揭示了一种新的 NPR1 作用模式。
    NPR1 最早被发现在拟南芥模型植物中正向调控 SA 信号通路中病程相关蛋白
(PR)基因的表达。之所以命名为 NPR1 是因为没有该基因的功能则没有 SA 信号
通路的 PR 基因的表达。此外,NPR1 在系统获得抗性(SAR)以及 SA 和 JA 两个
信号途径的转换上都起着重要作用。
    作者的研究揭示了 NPR1 类似蛋白在重要的农作物小麦对锈菌防御反应中的功能和作用方式。普通小麦是异源六倍体,其染色体组来自三个不同的基因组,分为 7 个同源群,通过染色体定位和生物信息学分析,我们发现在普通小麦中有9个NPR1 类型的基因。其中 6个位于同源群3染色体上(TaG3NPR1),3个位于同源群 7 染色体上(TaG7NPR1)。9 个 TaNPR1 基因中,4 个 TaG3NPR1 编码的蛋白与拟南芥的 NPR1 蛋白相似,其余的 TaNPR1 基因编码的蛋白除了带有标志性的NPR1 保守结构域外,还在蛋白的 C-端融合了其它功能域,比如同源群 3 上含有Kinase 激酶功能域和同源群 7 上含有 NB-ARC 功能结构域。
    综合反向遗传学、表型分析和基因表达定量分析的结果,我们发现 TaG3NPR1 担负着与拟南芥 NPR1 相似的功能-调控 SA 信号通路中 PR 基因的表达。同时,也惊喜的发现 7A 染色体上的 NPR1 基因(Ta7ANPR1)有着与已知 NPR1 不同的作
用模式。
    Ta7ANPR1 基因转录的 mRNA 在小麦处于无生物胁迫状态下编码的蛋白只含有C-端的 NB-ARC,并无 NPR1 功能域。一旦小麦处于生物胁迫状态下,Ta7ANPR1 同
时转录两个 mRNA,一个编码 NB-ARC,另一个编码 NB-ARC-NPR1。在 NB-ARC 功能
结构域上的某些突变能激活小麦对多种锈菌的防御反应和一个非 SA 通路上的PR
基因的表达。
    由于 NPR1 在植物防御反应中的重要作用,NPR1 蛋白也成为了一些病原菌的攻击目标。
    综上研究结果以及Ta7ANPR1在7A染色体上与一个抗病基因同源物CC-NB基因头对头相邻,我们推测在中国春小麦中 Ta7ANPR1 与其相邻的 CC-NB 蛋白一起共同监视锈菌中攻击小麦 NPR1 蛋白的病原菌。Ta7ANPR1 中的 NPR1 被用作“诱饵”和调控非 SA 通路的防御反应。
    西北农林科技大学生命学院的王晓静副教授和蒙大拿州立大学黄俐教授团队的张洪涛博士和 Bernard Nyamesorto 博士为该论文的共同第一作者,蒙大拿州立大学黄俐教授、澳大利亚 CSIRO 的 Evans Lagudah 院士和西北农林科技大学王晓静副教授为该论文的共同通讯作者。该项研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。
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