小麦赤霉菌关键效应蛋白CEP2的功能及其作用机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31701747
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1401.植物病理学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Fusarium head blight (FHB), caused by Fusarium graminearum, is a great threat to the yields and quality of wheat, barley, and maize that directly related to the survival and health of human beings. F. graminearum can generate mycotoxins, which contaminate the infected kernels and are harmful to humans and livestock. In China, recent epidemics occur frequently and they are extremely destructive to our crops. Due to the lack of resistant cultivars and no-tillage cultivation, the re-emergence of FHB can be worse. Study on the basis of wheat - F. graminearum interaction is therefore urgently required. Effectors play key roles in host - pathogen interaction, however, the functions of F. graminearum effectors are largely unknown. In our previous study, we identified 8 genes that are important for F. graminearum - wheat interaction, via genome-wide comparative analysis of the strains isolated from several countries. Knockout of these genes and subsequent infection assays on wheat revealed that CEP2 is critical for the full virulence of F. graminearum. Further analysis showed that CEP2 is a cytoplasm effector containing DEER-like sequence in the N-terminal. By yeast two hybrid and bimolecular fluorescence complementation experiments, we have confirmed that SGT1 is a candidate host target of CEP2. SGT1 is shown important for both nonhost resistance related cell death and R gene triggered cell death. In this project, we focus on dissecting the functions of N-terminal and C-terminal of CEP2, the mechanism of CEP2 - SGT1 interaction, and the molecular basis of how CEP2 functions as a virulence factor via manipulating host SGT1. This project is expected to reveal the function of a key effector involved in wheat - F. graminearum interaction, and provide theory guideline to the prevention and control of FHB.
赤霉病是小麦、大麦和玉米等禾谷类作物上最严重的病害之一,在导致产量损失的同时还产生多种对人畜有害的真菌毒素,对我国粮食生产和食品安全造成极大威胁。明确赤霉菌与寄主互作的分子机理可为作物抗病遗传改良提供理论基础。效应蛋白是植物与病原互作的关键蛋白,当前对赤霉菌效应蛋白的认知非常有限。前期研究中,申请人通过重测序和比较基因组学鉴定到8个赤霉菌候选效应蛋白基因,并通过基因敲除分析证明其中CEP2是赤霉菌侵染小麦的必需基因。进一步工作表明CEP2是一个N端含有DEER-like结构域的胞内效应蛋白。酵母双杂交和双分子荧光互补实验显示CEP2可与小麦细胞坏死相关蛋白SGT1互作。本项目拟进一步解析CEP2 N端和C端的功能,明确CEP2与候选靶标SGT1的互作机理,并探究CEP2如何通过SGT1调控植物的防卫反应。研究结果有助于揭示赤霉菌效应蛋白在病原与寄主互作中的作用,为赤霉菌的防控提供理论基础。

结项摘要

赤霉病是小麦、大麦和玉米等禾谷类作物最严重的真菌病害之一,其直接危害作物穗部,不仅引起严重的产量损失,还可导致籽粒中真菌毒素超标,对我国粮食生产和食品安全造成极大的威胁。明确赤霉菌与寄主互作的分子机理可为作物抗病性的遗传改良提供理论基础。效应蛋白是病原菌与植物互作的关键蛋白,然而我们当前对赤霉菌效应蛋白的认知非常有限。本项目鉴定到赤霉菌一个关键效应蛋白基因CEP2(FGRRES_11564,OSP24),其缺失导致病原菌在小麦穗部的侵染与扩展严重受阻。携有核定位信号的融合效应蛋白Cep2-GFP-NLS可在侵染时进入寄主植物细胞核内,表明Cep2是一个胞内效应蛋白。烟草瞬时表达实验表明,Cep2可以抑制Bax和Inf1引发的植物细胞坏死,表明Cep2可以干预植物基础防卫反应。为了探究Cep2在植物细胞内的功能,我们通过酵母双杂交筛选,双分子荧光互补和免疫共沉积验证,发现赤霉菌Cep2可与小麦TaSnRK1和TaSgt1互作。RNA-seq分析发现许多与植物能量代谢、环境互作和细胞防卫反应相关的基因在CEP2敲除突变体侵染小麦时上调,这与SnRK1的功能相一致,我们因此认为TaSnRK1是赤霉菌效应蛋白Cep2的主要靶标蛋白。为了研究TaSnRK1是否参与小麦对赤霉病的抗性,我们构建了该基因的沉默植株和过表达植株。接种分析发现TaSnRK1沉默植株对赤霉病抗性减弱,而TaSnRK1过表达植株对赤霉病抗性增强,表明TaSnRK1是小麦对赤霉病抗性的一个正调控子。为了研究赤霉菌效应蛋白Cep2是如何操纵小麦TaSnRK1蛋白的,我们比较了cep2敲除突变体和PH1侵染组织总蛋白对TaSnRK1的影响,发现Cep2可在侵染过程中加速TaSnRK1的降解。进一步研究发现Cep2加速TaSnRK1的降解需要小麦26S蛋白酶体的参与。综上所述,该项目的研究结果表明小麦赤霉菌关键效应蛋白Cep2可通过靶向并加速TaSnRK1的降解来促进小麦感病。该研究发现了小麦赤霉菌致病的新机制,并为赤霉病新型防控策略的开发提供了新的理论依据。.

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Extensive chromosomal rearrangements and rapid evolution of novel effector superfamilies contribute to host adaptation and speciation in the basal ascomycetous fungi
广泛的染色体重排和新型效应超家族的快速进化有助于基础子囊菌的宿主适应和物种形成
  • DOI:
    10.1111/mpp.12899
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Molecular Plant Pathology
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Wang Qinhu;Sun Manli;Zhang Yimei;Song Zhenzhen;Zhang Shijie;Zhang Qiang;Xu Jin-Rong;Liu Huiquan
  • 通讯作者:
    Liu Huiquan
An orphan protein of Fusarium graminearum modulates host immunity by mediating proteasomal degradation of TaSnRK1α
禾谷镰刀菌的孤儿蛋白通过介导 TaSnRK1α 的蛋白酶体降解来调节宿主免疫
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-18240-y
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Jiang, Cong;Hei, Ruonan;Xu, Jin-Rong
  • 通讯作者:
    Xu, Jin-Rong
Small RNAs generated by bidirectional transcription mediate silencing of RXLR effector genes in the oomycete Phytophthora sojae
双向转录产生的小RNA介导卵菌大豆疫霉中RXLR效应基因的沉默
  • DOI:
    10.1186/s42483-019-0026-6
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Phytopathology Research
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Wang Qinhu;Li Tingting;Zhong Chengcheng;Luo Shizhi;Xu Ke;Gu Biao;Meng Yuling;Tyler Brett M;Shan Weixing
  • 通讯作者:
    Shan Weixing
Independent losses and duplications of autophagy-related genes in fungal tree of life
真菌生命树中自噬相关基因的独立丢失和重复
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.14451
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Environmental Microbiology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Wang Qinhu;Liu Huiquan;Xu Huaijian;Hei Ruonan;Zhang Shijie;Jiang Cong;Xu Jin Rong
  • 通讯作者:
    Xu Jin Rong
Editorial: Genomics and Effectomics of Filamentous Plant Pathogens.
社论:丝状植物病原体的基因组学和效应组学
  • DOI:
    10.3389/fgene.2021.648690
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in genetics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Ye W;Wang Q;Tripathy S;Zhang M;Vetukuri RR
  • 通讯作者:
    Vetukuri RR

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其他文献

基于链特异性RNA-seq的禾谷镰刀菌全生活史转录组分析
  • DOI:
    10.13802/j.cnki.zwbhxb.2021.2021902
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    植物保护学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹心雨;李东翱;路平;王秦虎;江聪;刘慧泉
  • 通讯作者:
    刘慧泉

其他文献

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王秦虎的其他基金

小麦赤霉菌胞外蛋白酶Cos2介导植物感病的分子机制
  • 批准号:
    32370212
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
小麦赤霉菌效应蛋白FgNis1靶向TaVdac1以促进植物感病的分子基础
  • 批准号:
    32072505
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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