近日，我院杜羽教授課題組在《Horticulture Research》在線發(fā)表了題為“StMPK7 phosphorylates and stabilizes a potato RNA-binding protein StUBA2a/b to enhance plant defence responses”的研究論文。該研究揭示了StMPK7通過磷酸化并穩(wěn)定其下游信號(hào)組分RNA結(jié)合蛋白StUBA2a/b，從而增強(qiáng)植物對(duì)疫霉菌的抗性。
馬鈴薯晚疫病由致病疫霉菌（ Phytophthora infestans ）引起，是馬鈴薯的主要病害之一，嚴(yán)重威脅馬鈴薯的可持續(xù)生產(chǎn)。病菌耐藥性和品種抗性喪失使得馬鈴薯晚疫病的防控困難重重，因此加速培育抗性品種對(duì)于綠色高效地防控馬鈴薯晚疫病意義重大。研究植物抗病機(jī)制是抗病育種的理論基礎(chǔ)，有望為抗性品種的選育提供基因資源和新思路。絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase, MAPK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)在響應(yīng)植物生物和非生物脅迫中發(fā)揮著非常重要的作用，課題組前期研究發(fā)現(xiàn)致病疫霉菌一個(gè)RXLR效應(yīng)蛋白靶向并穩(wěn)定植物免疫負(fù)調(diào)控因子StMKK1（馬鈴薯絲裂原活化蛋白激酶激酶）（Du et al.，2021）；進(jìn)一步研究揭示了StMKK1通過負(fù)調(diào)控PTI（PAMP-triggered immunity）反應(yīng)以及水楊酸（Salicylic acid, SA）信號(hào)通路調(diào)控植物免疫（Chen et al., 2021）；此外，課題組還鑒定到了StMKK1的直接下游信號(hào)組分StMPK7，發(fā)現(xiàn)StMPK7通過SA信號(hào)通路正調(diào)控植物對(duì)疫霉菌的抗性（Zhang et al., 2021）。然而，StMPK7的下游信號(hào)分子并未可知。
該研究以StMPK7的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯為材料，通過免疫沉淀結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)鑒定到了StMPK7的候選互作蛋白StUBA2a/b，免疫共沉淀和熒光素酶互補(bǔ)成像實(shí)驗(yàn)一致表明StMPK7和StUBA2a/b存在相互作用（圖1）。Western blot結(jié)果顯示StMPK7在T248和T408位點(diǎn)對(duì)StUBA2a/b進(jìn)行了磷酸化修飾并顯著促進(jìn)了StUBA2a/b的蛋白累積，表明StUBA2a/b是StMPK7的直接下游信號(hào)組分。
圖1 StMPK7與馬鈴薯RNA結(jié)合蛋白StUBA2a/b互作
研究者通過本氏煙草瞬時(shí)表達(dá)和病毒誘導(dǎo)的基因沉默等技術(shù)驗(yàn)證了馬鈴薯StUBA2a/b、本氏煙草NbUBA2a/b以及番茄SlUBA2a/b均能正調(diào)控植物對(duì)疫霉菌的抗性和SA相關(guān) PR 基因的表達(dá)。
StUBA2a/b在本氏煙草葉片中可以引發(fā)細(xì)胞壞死，研究者發(fā)現(xiàn)沉默 NbMPK7 能夠抑制StUBA2a/b引發(fā)的細(xì)胞壞死，而過表達(dá)StMPK7能夠促進(jìn)該細(xì)胞壞死，突變StUBA2a/b磷酸化位點(diǎn)后（StUBA2a/bT248/408A），該細(xì)胞壞死也顯著減弱，表明StMPK7通過磷酸化StUBA2a/b增強(qiáng)了其在抗病性中的功能。此外，沉默 NbUBA2a/b 顯著抑制了CA-StMPK7（具有組成性激酶活性的StMPK7）引發(fā)的植物細(xì)胞壞死，過表達(dá) StUBA2a/b 則促進(jìn)了該細(xì)胞壞死，進(jìn)一步確認(rèn)了StUBA2a/b是StMPK7的下游信號(hào)分子（圖2）。綜上所述，研究者揭示了StMPK7通過磷酸化并穩(wěn)定其下游信號(hào)組分StUBA2a/b從而增強(qiáng)了植物對(duì)疫霉菌的抗性。
圖2 StUBA2a/b是StMPK7的下游信號(hào)組分
我院杜羽教授為論文的通訊作者，青年教師李婷婷博士和碩士研究生張海珠為共同第一作者，課題組的多名研究生也參與了該研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(32072401, 32102176)、西北農(nóng)林科技大學(xué)青年英才培育計(jì)劃(2452018028)以及陜西省自然科學(xué)基金(2021JQ-164)等項(xiàng)目資助。
原文鏈接： https://doi.org/10.1093/hr/uhac177
