荔枝霜疫霉果胶乙酰酯酶PAE4和PAE5的功能与作用机制研究

Peronophythora litchii induced litchi downy blight is the most destructive disease on litchi. Effectors always play a key role in plant-pathogen interaction. Here, We identified a class of effectors containing pectin acetylesterase (PAE) domain in Peronophythora litchii, which is conserved secreted proteins in oomycete and can enhance plant susceptibility; however the the function and mechanism of action of these effectors are unknown. This project will constructs knockout and complement mutants of P. litchii pectin acetylesterase 4 and 5（PAE4 and PAE5）, and analysis the functions of these genes by pathogenic, molecular and biochemical methods, to demonstrate the localization, biochemical activity and virulence functions. This project also will screen the interacting proteins of PAE4 and PAE5 by Co-IP and analysis the molecular mechanism of interaction between them. This project will not only reveal the biological functions of PAEs in litchi-P. litchii interaction, but also provide research bases for genetic engineering of litchi with improved resistance to P. litchii.

荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)引起的霜疫霉病是荔枝上最严重的病害。病原菌的效应子通常在与植物互作过程中发挥重要作用。申请者在荔枝霜疫霉中鉴定了一类具有果胶乙酰酯酶功能域的效应子，且查明是植物病原卵菌中保守的分泌蛋白，在植物上瞬时表达可增强感病性，但具体的生化功能和作用机制尚不清楚。本项目将构建荔枝霜疫霉具有果胶乙酰酯酶功能域效应子PAE4和PAE5 (pectin acetylesterase 4 and 5)的突变体和互补体，然后通过分子生物学、植物病理学、生物化学等实验方法，阐明该类效应子的时空表达、生化活性和毒性功能；还将通过Co-IP技术筛选PAE4和PAE5在植物中的互作蛋白并研究它们之间相互作用的分子机制。本项目的实施不仅可阐明荔枝霜疫霉PAE类效应子在植物与病原菌互作过程中的生物学功能，而且也为设计和改良荔枝对荔枝霜疫霉抗性的分子育种提供理论依据。

荔枝是我国重要的热带和亚热带水果之一，而荔枝霜疫霉引起的荔枝霜疫病是荔枝上最严重的病害，严重威胁我国荔枝产业的健康发展。本项目以荔枝霜疫霉为研究对象，对其具有果胶裂解酶（pectin acetylesterase）功能域的效应分子进行了功能和作用机制研究。我们通过对荔枝霜疫霉果胶裂解酶基因的序列分析发现了该类基因也在半活体营养的疫霉菌和死体营养的腐霉菌中广泛存在，并且大都含有信号肽，这说明该类效应分子可能是这两类病原菌功能关键的胞间效应分子。同时我们发现了荔枝霜疫霉PlPAE4和PlPAE5在侵染早期上调表达。荔枝霜疫霉的PlPAE5敲除突变体致病力显著下降，这表明PlPAE5是侵染阶段重要的致病因子。我们构建了PlPAE5的截短突变体，截短突变体的功能分析表明该效应分子发挥功能依赖于其PAE结构域。在荔枝霜疫霉PlPAE5的作用机制方面，我们通过酵母双杂交的方法发现了PlPAE5在荔枝中的互作蛋白LTP（非特异性脂质转移蛋白）。我们还通过Co-IP和GST pull-down的方法确认了PlPAE5与荔枝LTP之间存在直接互作的关系。我们发现LTP在荔枝被霜疫霉侵染时上调表达并具有提高植物抗病性的功能。相反荔枝霜疫霉PlPAE5能够抑制LTP在植物中的抗病作用。因此，本研究不但发现了可以应用于植物抗病分子育种的LTP，还在病原菌与植物互作研究方面发现了果胶乙酰酯酶与LTP互作并发挥毒性功能的新机制。