XA13新互作蛋白OsHMGB1介导的负调控水稻免疫机制解析

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), causing the bacterial blight disease in rice, carry large numbers of transcription activator-like effectors which belong to a subfamily of type III secretion proteins. It could be delivered into rice nuclei to mimic the plant transcription factor that directly binds to the promoter region and activates the expression of the target gene. Several TAL’s targets are necessary for susceptibility which encode plasma membrane proteins of SWEET family that mediate the sucrose and glucose efflux from the phloem parenchyma cells to the apoplast to provide the nutrient for pathogen proliferation in rice. In this proposal, we aim to explore the mechanism of Xa13-mediated susceptibility. Our current data was shown that the carboxyl terminus of XA13 protein is required for fully susceptibility to PXO99 carrying the cognate TAL effector PthXo1. And the OsHMGB1 was identified to interact with the carboxyl terminus of XA13 and to negatively regulate the rice immunity.We will validate the function of OsHMGB1 involved into Xa13-mediated susceptibility with the tools of genetic and cytobiology. Then we plan to test the interactions between OsHMGB1 and other clade III subfamily members of OsSWEET. These will support the proposed hypothesis that several members of clade III subfamily of OsSWEETs negatively regulate the plant immunity by interacting with OsHMGB1. Finally, to answer the question of how to negatively regulate the rice immunity for OsHMGB1, we try to identify the signal component downstream the OsHMGB1 by RNA-seq and yeast two hybridization. The results will enlarge to broad spectrum resistant to Xoo strains by modulating the expression of OsHMGB1 than by modifying those race-specific recessive resistance genes as xa13, xa25 etc. These will also provide new resources for genetic improvement of bacterial blight resistance.

稻黄单胞杆菌水稻变种携带的一类三型分泌蛋白扮演植物转录因子的角色，可进入细胞核并直接作用于水稻靶基因启动子特殊位点调控目标基因的表达。其中一类靶基因编码SWEET细胞膜蛋白（如XA13），被认为是主要的感病必需蛋白。本研究围绕解析XA13介导的感病机制，从新鉴定的XA13羧基端互作蛋白OsHMGB1入手，通过遗传学、细胞生物学等手段验证OsHMGB1基因参与Xa13介导的感病性。同时，比较OsHMGB1与SWEET蛋白第三亚型家族成员间的相互作用，提出并规划验证新假说：XA13等多个SWEET蛋白第三亚型家族成员通过与OsHMGB1的直接互作抑制水稻基础免疫。进而对OsHMGB1参与的转录调控及互作蛋白的分析，解析OsHMGB1如何介入SWEET蛋白调控的水稻白叶枯病的感病性。同时，也将xa13等隐性抗病基因从小种特异性抗性拓宽到调控因子介导的宽抗谱抗性，为抗白叶枯病育种提供改良新目标。

2018立项的该课题建立在此前克隆抗白叶枯隐性基因xa13的基础上，为解析其蛋白生化功能和可能介导的抗病信号途径。围绕XA13蛋白胞质C端，通过蛋白相互作用和遗传功能分析，通过4年的研究，我们获取了以下主要的研究结论。第一，XA13蛋白胞质C端是蛋白致病性所必须的；第二，XA13蛋白胞质C端与水稻SWEET第三亚家族成员或玉米、高粱等位基因相比，虽然氨基酸同源程度不高，但功能相似且可以置换，解释了xa13基因介导的抗性可以被调控Clade III亚家族SWEET蛋白的TAL效应分子打败的遗传机理；第三，揭示了Clade III亚家族SWEET蛋白(包括XA13)通过C末端分别与OsHMGB1和小热激蛋白Hsp20互作，负调控水稻对白叶枯病抗性的保守分子机制；第四，鉴定了OsHMGB1与OsCML3的相互作用，并初步揭示其可能通过冗余与CML蛋白的相互作用调控相关致病机理；第五，解析了B族热激因子通过调控小热激蛋白正调控水稻对白叶枯病抗性的遗传机制。Clade III亚家族SWEET蛋白通过C末端调控蔗糖和葡萄糖的外泌是当前致病机理上的重要结论，本研究结果揭示了Clade III亚家族SWEET蛋白通过C末端参与调控植物免疫致病的新功能，并为后续研究钙信号在其中的作用机制提供了研究线索，由于相关结论的创新性，核心论文发表尚未完成，还需要提供更全面的证据才能完善相关结论。相关研究结果目前已经整理发表基金署名的文章4篇，第一标注SCI论文1篇、第二标注3篇，授权专利1项，受邀会议报告2次，培养出战博士后2名，毕业研究生3名，在站博士后1名和研究生1名。后续可继续发表相关研究结果的SCI论文1-2篇。相关研究揭示了SWEET蛋白参与水稻白叶枯病致病反应的特异性和多样性，对相关抗病机制的认识具有重要的帮助。