自噬与NPR1、NPR3和NPR4之间的相互作用研究

Cell autophagy participate in plant immune response, the salicylic acid (SA) concentration increase during this process. Published papers show that autophagy depends on NPR1’s negative response on SA concentration to control cell death; NPR1 is the key gene of the plant systemic acuqired resistance. In recent years, studies have considered NPR1, NPR3 and NPR4 as SA receptors. We have reasons to believe that NPR1, NPR3 and NPR4 can interact with autophagy-related genes since our preliminary experimental results show the interaction between them. But exactly how does autophagy-related genes participate in NPR1 metabolism? How do NPR1, NPR3 and NPR4 control the formation of autophagosome? These problems are not clear. our project use Pst DC3000 (AvrRps4) treatment to induce HR on Arabidopsis thaliana leaves, with genetic hybrid analysis, molecular biology method combining confocal observations to study: Interactions between autophagy key genes and NPR1, NPR3 and NPR4; Autophagy participation in regulating NPR1 metabolism; the way NPR1, NPR3 and NPR4 regulate autophagosome production. We do those in order to clarify the mechanism of autophagy-related genes regulating the SA, clarify the molecular mechanism of plant resistance to disease, and improve the plant disease resistance.

细胞自噬参与植物免疫应答，在此过程中水杨酸（SA）含量增加。有研究认为自噬是依赖NPR1通过负调控SA含量来控制细胞死亡；NPR1是植物获得性抗性的关键基因。近年有研究认为NPR1、NPR3和NPR4是SA的受体。有理由相信NPR1、NPR3和NPR4与自噬具有必然的联系，我们的预实验结果显示它们之间确实存在相互作用。但具体是如何相互作用？自噬如何参与NPR1的代谢？NPR1、NPR3和NPR4如何调控自噬小体的形成？这些问题尚不清楚。本项目以Pst DC3000 (AvrRps4)诱导拟南芥叶片发生超敏反应，拟采取遗传杂交分析、分子生物学的方法结合confocal观察来研究：关键自噬基因与NPR1、NPR3和NPR4之间的相互作用；自噬如何参与NPR1的代谢调控；NPR1、NPR3和NPR4如何调控自噬小体。以期阐明自噬基因调控SA的机理，明晰植物抵抗病害的分子机理，以提高植物抗病能力。

背景：自噬相关基因的功能主要是在自噬小体形成过程中起作用，我们因为发现自噬可能与NPR1,NPR3,NPR4的相互作用，如何相互作用，自噬相关基因的其他功能不得而知。.研究内容：纳米携带siRNA在沉默拟南芥里面的相应基因的应用；柑橘黄龙病防控方面的应用及初步机制研究；自噬相关基因ATG4和ATG6在调控NPR1的功能研究；自噬参与膜蛋白RGS1的代谢调控。.重要结果：.1.我们首次利用纳米金材料成功沉默拟南芥的NPR1基因；首次发现了一种控制并可以治疗柑橘黄龙病的方法，并且进行了实验室及大田的实践，目前文章已经投稿。.2.我们首次利用纳米金沉默ATG6基因，利用这样的材料为证实ATG6基因的新功能：ATG6与NPR1相互作用增加抗病能力；我们发现HR初期ATG4参与NPR1的代谢调控是通过与NPR3互作，与wt相比，在atg4a4b中我们发现NPR1蛋白的增加是更加多的（在PstDC3000/avrRpt4菌处理下），NPR1蛋白量是减少的（在Psm4326/avrRpt2菌处理下），我们进行竞争性抑制实验：我们的假设是SA存在的情况下，NPR1与NPR3有相互作用，ATG4与NPR3有相互作用ATG4与NPR1是否通过竞争与NPR3结合？如果是的话，那么在HR初期本来NPR1是增加的，但是因为在atg4a4b体内NPR3表达高，NPR3参与了NPR1的降解，这样就导致了在avrRpt2菌下，没有ATG4与NPR3结合，NPR3增多，降解NPR1速度加快；而在avrRps4菌处理下，正好相反。.3.我还发现自噬参与膜蛋白RGS1的代谢调控，并且已经发表了3篇论文。.关键数据及其科学意义：.我们首次发现的AuNP-PEI-siRNANPR1能有效沉默拟南芥中的NPR1基因，AuNP-PEI-siRNAATG6能有效沉默ATG6基因，这种沉默方法快速、有效、方便，对于植物基因研究研究提供了比较好的新的研究方法；ATG4和ATG6参与NPR1的代谢调控结果填补了自噬参与NPR1调控的研究空白；首次发现柑橘黄龙病的防治方法，如果推广应用将为国家和果农节约大量的经费开支，为研究黄龙病的防控机制带来曙光。