蛋白亚硝基化修饰在B型烟粉虱负调控烟草JA防御中的作用研究

Bemisia tabaci MEAM1 is a worldwide invasive pest, it causes extensive crop damage and is hard to be controlled. One of the reasons for their “success” is their ability to suppress the effectual jasmonic acid (JA) defenses of the host plant. Reseach data shows that the activities of proteins involved in hormone biosynthesis and the signal transduction of JA pathway could be inhibited by the S- nitrosylation. We have proved that MEAM1 infestation suppressed JA mediated defense responses while enhanced the donor pool of S-nitrosylation and inhibited genes’ expression in denitrosylation in tobacco plants. In this way, we hypothesized that S-nitrosylation meditated by MEAM1 may interfere the regulator proteins of the JA defense pathway. To prove this hypothesis, the relationship between S-nitrosylation process and the tobacco resistance against whiteflies will be discussed, and the specific genes influenced by MEAM1 infestation in regulating this S-nitrosylation process are identified by using quantitative Real-time PCR and gene silence/overexpression technology. We also hunt for the S-nitrosylation targets in JA biosynthesis/signal transduction by a biotin switch and mass spectrometry assay, then use a genome-editing technique to finally confirm its role in the suppression of JA mediated defense responses. These results will help to acquire new knowledge in MEAM1-tobacco interaciton and provide insights for developing new methods to control this pest.

B型烟粉虱是世界性入侵性害虫，为害严重，防治困难。寄主植物的JA防御对B型烟粉虱不利，而该虫对JA防御的抑制，是导致其爆发成灾的重要原因之一。研究发现，植物JA的生物合成/信号转导可受到亚硝化修饰的抑制。我们前期研究已证明B型烟粉虱取食抑制烟草JA防御的表达，并正向调控亚硝基化供体水平及相关代谢基因的表达，因此提出B型烟粉虱可能借助烟草蛋白亚硝基化修饰来负调控寄主JA防御。本研究拟采用分子与生测技术相结合，在明确烟草亚硝基化修饰与对烟粉虱抗性关系的基础上；运用qRT-PCR及基因表达调控技术找出B型烟粉虱取食影响烟草亚硝基化水平的关键基因；采用生物素转换结合质谱鉴定技术分析鉴定出烟草JA通路中受亚硝基化干涉的靶标位点，并利用基因编辑结合生测手段解析其在对烟粉虱抗性抑制中的作用。从B型烟粉虱操纵寄主植物的防御方面，深入揭示其入侵的机制，并为实现烟粉虱种群的人为控制，提供重要的依据。

B型烟粉虱是世界性入侵性害虫，为害严重，防治困难。该虫对JA防御的抑制，是导致其爆发成灾的重要原因之一。项目以模式植物烟草为试材，以初步探明烟粉虱危害对烟草JA防御的抑制机制为目标，首先测定了烟粉虱为害后NO含量、NO合成酶及相关基因表达量；然后通过基因沉默/超表达结合外源喷施NO供体/清除剂手段人为改变亚硝基化水平，测定了不同亚硝基化水平条件下烟粉虱的寄主适合度及JA防御水平变化；最终通过比较烟粉虱危害前后烟草叶片蛋白组学及亚硝基化修饰组学差异，筛选获得烟草JA通路中受亚硝基化干涉的靶标位点，并利定点突变结合生测手段解析其在对烟粉虱抗性抑制中的作用。结果表明，烟粉虱取食烟草能够显著激活NO通路，增加寄主亚硝基化水平。烟粉虱取食15d时，NO、SNO含量显著升高，NO合成相关基因NOA1表达显著上调，去亚硝基化重要基因GSNOR1表达受到明显抑制。进一步，生测结果显示烟粉虱在不同亚硝基化水平条件下寄主适合度存在明显差异。外源喷施NO供体SNP能够增加烟粉虱成虫对寄主的选择率，加速烟粉虱若虫的发育速度；相反的是，喷施NO清除剂、沉默NOA1以及超表达GSNOR1则会降低烟粉虱对寄主的适合度。与生测结果对应的是，不同亚硝基化水平条件下，烟粉虱介导的的JA防御应答有不同。烟粉虱取食野生植株JA含量及下游防御基因PI-II及TPI均受到一定程度抑制，而喷施NO清除剂、沉默NOA1以及超表达GSNOR1则会明显缓解烟粉虱对寄主JA防御的抑制作用。这表明烟粉虱取食通过提高烟草亚硝基化水平抑制JA防御，从而增加自身对寄主的适合度。亚硝基化修饰组学结果显示，烟粉虱取食后共鉴定到317个蛋白的463个位点,经对比分析鉴定到备选靶标蛋白OPR3，对OPR3蛋白的修饰位点进行定点突变并将其回补至OPR3缺失突变株，发现OPR3-ac105+ac318回补后能够显著降低烟粉虱成虫对寄主的选择率，延缓烟粉虱若虫的发育速度并明显缓解烟粉虱对寄主JA防御的抑制作用。项目结果进一步揭示烟粉虱对寄主防御的调控机制，为实现烟粉虱种群的人为控制，提供重要的依据。