张建福和谢华安院士组合作揭示水稻NLR蛋白稻瘟病抗性激活的新机制

以DNA变异为基础的分子检测技术被广泛应用于生物分子学、基因组学、遗传学和育种等领域。在动植物遗传育种方面，DNA变异被开发为SSR和SNP等不同类型的分子标记，用于遗传图谱构建、多样性分析、标记-性状关联、图位克隆、分子育种、指纹鉴定等方面。各种高通量检测技术设备和高密度DNA芯片的开发，极大地满足了动植物遗传育种对于高通量和高密度分子检测技术的需求。但芯片开发和制作难度大，且需要匹配昂贵的检测设备。国际大型跨国种业公司通过构建高通量分子检测平台，为其全球范围、多物种的应用研发提供支撑，大大提高了分子检测效率并降低单个样本的分析成本，从而推动了分子检测技术在基础和育种研发中的大规模应用，进而加强其在国际种业市场中的竞争优势。然而，在发展中国家、中小种业公司或公共研究机构，无法建立起高效共享的检测平台，导致分子检测成本高昂而难以得到普遍应用。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.10.022

2022年11月1日，福建省农业科学院水稻研究所张建福研究员、谢华安研究员团队在Molecular Plant上发表了题为“SH3P2, a SH3 domain-containing protein that interacts with both Pib and AvrPib, suppresses effector-triggered, Pib-mediated immunity in rice”的研究论文。在正常条件下，植物抗性（R）蛋白通常保持静止，以避免其自身免疫和能量消耗，当察觉到病原体入侵时会被迅速激活，发挥抗性功能。该研究系统揭示了一种关于NLR蛋白如何在正常条件下失活但在病原体入侵时被激活的稻瘟病抗性新机制。

由Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病是水稻最主要的真菌病害，特别是穗颈瘟会造成水稻白穗，导致产量的大幅下降，给世界范围内水稻产量的稳定造成严重威胁。种植含有R基因的水稻品种是预防和控制稻瘟病最有效和最环保的方法。Pib是水稻中第一个被克隆的稻瘟病抗性（R）基因，编码一种核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列（NLR）的蛋白，介导对携带无毒基因AvrPib稻瘟菌的抗性。然而，Pib如何识别AvrPib，以及Pib如何被激活的分子机制仍不清楚。

图1 SH3P2负调控Pib介导的稻瘟病抗性

本团队基于图位克隆和CRISPR/Cas9基因编辑的方法，证明了水稻品种“云引”（YY）中的Pib能够有效增强其抗病性。进一步研究发现含有SH3结构域的蛋白质SH3P2与Pib呈点状结构，主要在水稻细胞网格蛋白包被囊泡处共定位，且SH3P2能够与Pib的CC结构域直接结合。

为进一步探究SH3P2在Pib介导的稻瘟病抗性的功能，研究人员获得了过表达和CRISPR/Cas9敲除转基因株系，有趣的是，SH3P2自身没有基础抗性，但在YY中SH3P2的过表达损害了Pib介导的对携带AvrPib稻瘟病菌株的抗性以及Pib-AvrPib特异性识别诱导的细胞死亡。进一步通过竞争实验发现，SH3P2能够抑制Pib-CC结构域的自缔合。表明SH3P2依赖于Pib介导的免疫途径，并通过抑制CC结构域的自缔合影响Pib二聚体最小功能单位的形成，从而负调节Pib-AvrPib识别介导的抗性。

图2 SH3P2优先与AvrPib结合

此外，SH3P2还可以与AvrPib相互作用，并且与AvrPib的亲和力高于与Pib的亲和力，这导致当AvrPib存在的情况下，SH3P2与Pib-CC结构域的关联减弱，使Pib能够从SH3P2-Pib蛋白复合体中分离出来发生自缔合，进而发挥抗性功能。

图3 SH3P2对Pib免疫调控的“safer”工作模型

以上结果表明， SH3P2作为“safer”使Pib保持稳定失活状态，但能被入侵的稻瘟病菌所分泌的AvrPib激活。因此，该研究为植物体对免疫受体 NLR的调控提出“safer”模型，揭示NLR在正常生长条件下和病原菌侵入条件下受到的调控策略。

福建农林大学谢云杰博士、王昱澎硕士为该论文的共同第一作者，谢华安研究员和张建福研究员为共同通讯作者。福建农林大学植物免疫中心王莫教授、福建省农业科学院水稻研究所蔡秋华副研究员、魏毅东博士等参与了该研究。本研究的稻瘟病抗性品种“云引”引自云南省农业科学院，同时研究得到了中国农业科学院万建民院士、中国农业大学陈其军教授和华南农业大学潘庆华教授的帮助，论文在写作和实验过程中得到了中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士、北京林业大学林金星教授团队的关心和指导，在此表示衷心感谢。该研究得到了国家重点研发计划项目（2016YFD0300508）、国家水稻产业技术体系（CARS-01-20）、福建省财政专项---福建省人民政府与中国农业科学院战略合作项目（5511）（XTCXGC2021001）、福建省科技重大专项（2020NZ08016）和福建省公益类科研院所专项（2018R1021-5）的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！