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中國農業科學院植保所揭示VOZ轉錄因子介導的水稻抗稻瘟病新機制

   2020-11-16 中國農業科學院植物保護研究所2951
  近日,中國農業科學院植物保護研究所作物有害生物功能基因組研究創新團隊在植物學知名期刊《分子植物(Molecular Plant)》上發表了題為“Two VOZ Transcription Factors link An E3 Ligase and An NLR Immune Receptor to Modulate Immunity in Rice”的研究文章。該研究發現高等植物特有的維管植物單鋅指轉錄因子是先天免疫的關鍵因子,揭示了VOZ轉錄因子作為橋梁連通泛素連接酶對抗病蛋白調控的分子機制。

  由稻瘟菌( Magnaporthe oryzae )侵染引起的稻瘟病是水稻生產上最嚴重的真菌病害,鑒定和利用抗病基因是生產上防控稻瘟病最為經濟、有效和環保的策略。該團隊前期研究先后克隆了稻瘟病廣譜抗性基因 Piz-t 及其對應的無毒基因 AvrPiz-t ,并應用于生產實踐。進一步研究發現AvrPiz-t通過靶標水稻轉錄因子APIP5(2016,Current Biology)、E3泛素連接酶APIP6和APIP10(2012,Plant Cell;2015,Molecular Plant;2016,PLoS Pathogens)、鉀離子通道蛋白OsAKT1(2018,PLoS Pathogens)和胰蛋白酶抑制劑APIP4(2020,Plant Biotechnology Journal)調控稻瘟菌的致病性和水稻的抗病性。然而,抗病蛋白Piz-t介導的抗病機制以及泛素連接酶APIP10如何促進Piz-t蛋白的降解還不清楚。

  該研究發現APIP10與VOZ家族在水稻中的兩個同源蛋白OsVOZ1與OsVOZ2存在特異的相互作用,并通過26S蛋白酶體途徑促進其降解,表明OsVOZ1/OsVOZ2是APIP10泛素化的底物。轉錄活性分析發現OsVOZ1具有轉錄抑制活性,OsVOZ2具有轉錄激活活性,而OsVOZ1可以促進OsVOZ2的轉錄激活活性,表明二者可能協同發揮作用。功能研究表明 OsVOZ1/OsVOZ2 功能冗余并協同性地負調控水稻細胞死亡和基礎抗性。進一步發現OsVOZ1/OsVOZ2能夠與抗病蛋白Piz-t相互作用,在 Piz-t 背景下抑制表達 OsVOZ1/OsVOZ2 削弱了Piz-t的轉錄水平、蛋白積累和對非親和小種的抗病性。說明APIP10通過OsVOZ1/OsVOZ2調控Piz-t介導的免疫反應。該研究率先鑒定了泛素連接酶APIP10在水稻中的底物蛋白,并發現維管植物單鋅指轉錄因子在水稻基礎抗病和特異性抗病過程中都發揮著關鍵作用,為創制新的病害防控策略和抗病分子育種奠定了理論基礎。

  中國農業科學院植物保護研究所博士后汪激揚和王如意為論文共同第一作者。中國農業科學院植物保護研究所寧約瑟研究員等2人為文章的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目和博士后基金等項目的資助。

  原文鏈接:https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30384-1
 
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