组氨酸三聚体核苷结合蛋白在玉米免疫反应中的功能研究

玉米病害是影响玉米产量和质量的主要因素，进行玉米的免疫学研究，从而提高玉米自身的免疫力，是从根本上解决这一问题的重要途径。动物组氨酸三聚体核苷结合蛋白（HINT）参与了重要的生物学功能，而植物HINT的功能研究未见报道。本项目是在申请人以前的研究基础上所进行的学科交叉研究，在完成对玉米HINT（Zm-HINT）克隆鉴定等工作前提下，主要开展以下研究：1.分别从基因水平和蛋白水平研究Zm-HINT在病原相关分子模式及植物激素诱导下的表达变化，探索Zm-HINT在玉米免疫反应中的作用；2.研究Zm-HINT蛋白功能域对玉米免疫防卫基因表达的影响，揭示Zm-HINT对玉米免疫防卫基因的调控；3.利用蛋白质组学相关技术，研究Zm-HINT的相互作用蛋白，初步阐明Zm-HINT的免疫作用机制。本项目旨在为玉米病害防治奠定理论基础，同时，对进一步揭示植物HINT的功能及作用机制有着重要意义。

玉米病害是影响玉米产量和质量的主要因素，进行玉米的免疫学研究，从而提高玉米自身的免疫力，是从根本上解决这一问题的重要途径。本项目首先利用蛋白质组学的技术分析了甘蔗花叶病毒SCMV感染后，抗性玉米自交系和感病玉米自交系中的蛋白质组学变化。结果发现了96个有显著变化的蛋白质点。从这些显著变化的蛋白质中，我们进一步研究了其中一个差异表达的蛋白质：组氨酸三聚体核苷结合蛋白Zm-HINT1 （Zm-HINT）。RT-PCR分析表明：Zm-HINT1在玉米各个组织中都有表达，但种皮除外。应用荧光定量PCR技术，通过生物胁迫和非生物胁迫处理，初步研究了Zm-HITN1基因的表达模式。结果表明：在生物胁迫甘蔗花叶病毒接种后，玉米叶片中Zm-HINT1基因的表达量明显上升，说明甘蔗花叶病毒对Zm-HINT1基因表达呈正调控模式；在非生物胁迫干旱和高温胁迫下，Zm-HINT1基因的表达量上升，后又逐渐下降。盐胁迫诱导下，Zm-HINT1基因的表达量呈现整体下降的趋势。这些表达分析结果提示我们Zm-HINT在玉米抵抗生物压力和非生物压力的过程中起着重要的调控作用。. 进一步利用DNA重组技术构建了带有GFP的融合表达载体，利用洋葱表皮瞬时表达实验对Zm-HINT1基因进行了亚细胞定位研究。最终确认Zm-HINT1是核定位蛋白。通过农杆菌介导花序侵染法对Zm-HINT进行转基因功能研究。研究结果表明Zm-HINT1在拟南芥中的过表达能够显著增强来自高温、干旱非生物胁迫的抗性，但是对盐胁迫的抗性增强不明显。同时，转Zm-HINT1基因的拟南芥在抵抗禾谷镰刀菌的感染方面要显著高于转PCAMBIA-1304空载体和野生型拟南芥，揭示了Zm-HINT1在植物抗病防御方面的作用。另外，禾谷镰刀菌侵染后，免疫防御相关基因PR-4和过氧化物酶在三种基因型拟南芥（野生型、转Zm-HINT1基因和转PCAMBIA-1304空载体）中表达均显著上升，同时PR-4和过氧化物酶在转Zm-HINT1基因拟南芥中的表达水平显著高于野生型和对照。这些实验结果暗示了：病原侵染后，Zm-HINT1可能是通过提高免疫防御相关基因PR4和过氧化物酶的表达来提高机体对病原的免疫防御反应，从而提高植物的抗病性。该研究能够为玉米抗逆尤其是抗病育种奠定重要的理论基础。