南方根结线虫Me3毒性种群特异效应子Nsp-1的免疫抑制作用机理

The effectors play a pivotal role in molecular interaction between the root-knot nematode and its host plant. We have isolated and cloned a novel effector gene Nsp-1 of Me3 virulent population from Meloidogyne incognita, and its function of immunity suppression was preliminary proved in tobacco (Nicotiana benthamiana) with PVX expression system. In this research, the target genes in pepper interacting with Nsp-1 are isolated and cloned by yeast two hybrid system, and their function are indentified with bimolecular fluorescence complementation (BiFC), over-expression, and virus induced gene silence technology. Base on the laser capture microdissection system and RNA-seq, we reveal the expression characters and signal transfer pathway of molecular interaction between pepper and Me3 virulent population of Meloidogyne incognita. From above, it will be revealed that the immunity suppression mechanism of virulent effector Nsp-1 to pepper. These results would provide a source of potential targets for the development of new nematicides and some valuable information to predict the durability of nematode-resistance genes.

效应子在根结线虫与寄主分子互作中起关键作用。本研究基于新发现的南方根结线虫Me3毒性种群特异效应子基因Nsp-1，在已采用PVX超表达系统在本生烟上证实了Nsp-1基因的免疫抑制作用的基础上，拟利用酵母双杂交技术分离与线虫Nsp-1互作的寄主辣椒靶标基因，并通过双分子荧光互补（BiFC）、转基因超表达和基因沉默技术（RNAi）验证辣椒靶标基因的功能，分析Nsp-1及其与靶标基因参与的信号传导体系。利用激光捕获显微系统精确获取巨大细胞，结合RNA-seq高通量测序分析辣椒与南方根结线虫Me3毒性种群分子互作基因共表达模式，从而解析南方根结线虫Me3毒性种群特异效应子Nsp-1对寄主辣椒的免疫抑制作用机理。这些研究结果对于植物抗线虫基因的持久利用及发现新的杀线虫药物靶标具有重要意义。

根结线虫（Root-knot nematodes，RKNs）是一种重要的植物寄生线虫，能够侵染5500多种植物，给农业生产造成了严重的经济损失。在世界范围内，能够克服抗线虫基因（Mi-1, Me3）的南方根结线虫毒性种群在许多作物种植地都有发现，效应子在植物寄生性线虫与寄主的分子互作中起着关键作用。在自然条件下R基因的持久性与非毒性效应子的产生、变异及丢失紧密相关，鉴定根结线虫效应子，揭示其对寄主免疫抑制机理、致病机制，对于发现新的杀线虫药物靶标及抗性基因的持久利用具有重要意义。本研究基于新发现的南方根结线虫Me3毒性种群特异效应子Nsp-1，在已采用PVX超表达系统在本生烟上证实了Nsp-1基因的免疫抑制作用的基础上，对效应子的功能开展了系统的研究。Nsp-1具有C型凝集素结构域，组织原位杂交显示其在线虫的亚腹食道腺特异表达，亚细胞定位于烟草细胞膜上，酵母及“大麦草-稻瘟菌”系统证明其具有分泌特性，能够进入植物细胞发挥作用。功能研究表明，在毒性线虫中，Nsp-1基因在离体和植物互作条件下显著上调表达，Nsp-1基因沉默能够显著降低毒性线虫的致病力；拟南芥中超表达Nsp-1基因能够增加其对南方根结线虫的感病性。目前正在对转基因拟南芥株系进行转录组测序及分析，以揭示Nsp-1效应子的作用通路。通过本项目的实施，我们证实Nsp-1是Me3毒性种群线虫中用以克服抗性基因的重要的免疫抑制效应子，研究结果为揭示毒性线虫克服寄主Me3抗性机制提供了理论基础。