类似转录因子的恶疫霉效应蛋白PcEZF1破坏寄主免疫的机制

To subvert plant immunity for fostering diseases, one major strategy adopted by Phytophthora pathogens is to manipulate host transcription machinery. Illuminating the mechanisms underlying the process is important for us to exploit plant immunity for Phytophthora disease control. In our previous study, we found that the genomes of oomycetes including P. cactorum contain genes encoding secreted effectors with transcription factor (TF) characters. One of them, P. cactorum PcEZF1 containing a DNA binding region and a nuclear localization signal, is a C2H2 zinc finger TF-like effector and involved in the pathogenesis of the pathogen. However, it is unclear about how it manipulates host transcription machinery. In this project, we will elucidate its contribution to the pathogen’s pathogenicity by gene knockout and overexpression in P. cactorum; specify its host subcellular localization during the infection by yeast genetic assay, detection of fusion protein in culture supernatant and leaf tissue microexamination; identify its targeting plant genes and dissect their functions in the disease resistance by gene silencing and overexpression in plants; specify its regulating effect on the plant gene transcription by analyzing its virulence function in promoting pathogen's infection and comparing the expression changes of plant target genes under different conditions. The results will reveal how PcEZF1 with TF function subverts the host immunity for the good of P. cactorum. They will be also helpful to elucidate the pathogenicity mechanisms of Phytophthora pathogens and design novel prevention and control strategies against the plant Phytophthora diseases.

操控植物基因的转录表达是疫霉菌破坏植物免疫抗性、促使病害发生的主要策略，阐明其机制是利用植物免疫抗性防治植物疫病的关键。我们前期研究发现，恶疫霉等卵菌的基因组均编码具有转录因子特征的外泌效应蛋白，其中参与病原菌侵染的PcEZF1具有DNA结合区和核定位信号等特征序列，类似C2H2型锌指转录因子，但不清楚它如何干扰植物基因的转录表达。本项目拟在恶疫霉中敲除和过表达该基因，明确效应蛋白在病原菌致病性中的作用；利用酵母遗传分析、融合蛋白外泌检测和叶片组织显微观察，分析它在寄主体内的亚细胞定位情况；筛选并鉴定它靶向的植物基因，通过沉默和过表达靶标基因，分析它们在植物抗病性中的作用；分析效应蛋白的促侵染表型，比较不同条件下靶标基因的表达水平变化，解释效应蛋白对植物靶标基因的调控关系。研究结果不仅可明确PcEZF1破坏寄主免疫抗性的机制，而且对阐明疫霉菌致病机理以及制定植物疫病防控新策略具有重要意义。

操控植物基因的转录表达是疫霉菌破坏植物免疫抗性、促使病害发生的主要策略，阐明其机制是利用植物免疫抗性防治植物疫病的关键。我们前期研究发现，恶疫霉等卵菌的基因组均编码具有转录因子特征的外泌效应蛋白，其中参与病原菌侵染的PcSEP24（曾用名PcEZF1）具有DNA结合区和核定位信号等特征序列，类似转录因子，但不清楚它如何干扰植物基因的转录表达。本项目的执行取得如下进展：（1）通过转录分析、瞬时表达、CRISPR/Cas9基因敲除和转基因植株分析，证实PcSEP24在疫霉菌侵染植物的过程中发挥重要作用，是一个重要的毒性因子；（2）通过酵母蔗糖酶外泌实验、植物亚细胞定位分析，明确了PcSEP24是一个泌出到植物细胞质和细胞核内的效应蛋白；（3）通过构建稳定转基因本氏烟，利用免疫沉淀结合质谱测序及BiFC、pulldown验证分析，发现PcSEP24与组蛋白H4在植物细胞核内互作。（4）利用转基因本氏烟，通过Chip-Seq测序和酵母单杂交实验，发现组蛋白H4结合USP10（泛素特异性蛋白酶10）基因的启动子区。本项目的研究结果明确了类转录因子效应蛋白PcSEP24在疫霉菌侵染植物过程中起着重要的作用，初步探明了其靶向组蛋白H4以调控植物USP10基因的表达，操控寄主植物的蛋白代谢途径以参与致病的作用机制。研究结果明确了PcSEP24破坏寄主免疫抗性的机制，对阐明疫霉菌的致病机理以及制定作物疫病防控新策略具有重要意义。