EDS1抑制子SED1和SED2负调控植物免疫反应的作用机理研究

In plants, the activation of immunity is often correlated with growth inhibition, and uncontrolled immune responses even result in plant cell death. Thus, negative regulators are essential for plants to fine tune the immune responses. EDS1 is an important positive regulator in plant immunity, as almost all TIR-NB-LRR receptors mediated resistance depend on it. To look for new negative regulators in EDS1 signalling, we performed a forward genetic screening and identified Arabidopsis mutants sed1 and sed2 as suppressors of eds1 in resistance to bacteria Pseudomomas syringae. As the sed1 and sed2 mutants show enhanced resistance but without obvious developmental defects, both SED1 and SED2 genes have great potential in breeding for disease resistance in crop plants. In this proposal, we will use genetic and biochemical approaches in combination with transcriptomic and metabolomic profiles to elucidate the negative regulation mechanisms of SED1 and SED2 in immunity. Moreover, we will investigate whether there is a de-repression of SED1 or SED2 in the activation of EDS1 signalling, to evaluate the de-repression mechanism in plant immunity. This study will increase our understanding on regulation of plant immunity and offer candidate genes for crop genetic breeding. Therefore, the study has great theoretical significance and applicable value.

植物免疫反应会抑制自身生长发育，过强的免疫反应甚至导致植物细胞死亡。因此，免疫负调控因子是植物精确调控免疫反应不可缺少的调控元件。EDS1是非常重要的免疫正调控因子，几乎所有TIR-NB-LRR类型抗病蛋白激活的抗性依赖于EDS1。为研究EDS1信号通路中新的免疫负调控基因，我们通过正向遗传学筛选，得到了能恢复拟南芥感病突变体eds1对假单胞杆菌抗性的抑制子sed1和sed2。sed1和sed2抗性增强且无发育缺陷，因此其基因具有用于作物抗病遗传育种的潜力。本申请拟通过遗传学和生物化学方法，结合转录组和代谢组分析等手段，阐释SED1和SED2调控的基因网络和生理过程，揭示其分子机理。同时研究EDS1激活后，是否有对SED1或SED2功能的去抑制，阐释去抑制机制在植物免疫系统中的作用。本研究将增强我们对植物免疫系统调控的认识，并为抗病育种工作提供候选基因，具有重要的理论与实践意义。

钙离子作为重要的第二信使在植物免疫信号转导过程中发挥着不可或缺的作用。钙离子从细胞外到细胞内的内流是植物免疫系统激活的最早期反应之一。植物编码多种钙离子通道调控钙离子在细胞内外的动态平衡。鉴定参与植物免疫调控的钙离子通道，以及研究钙离子通道如何被调控，是近几年植物免疫领域的热点之一。在本项目中，我们通过正向遗传筛选，在模式植物拟南芥eds1突变体背景下鉴定到一个环核苷酸门控通道基因CNGC20的独特突变，命名为cngc20-4（项目申请中的sed1）。CNGC20四聚体形成位于细胞膜上的钙离子通道。序列对比表明cngc20-4突变发生在跨膜区的钙离子通道内的一个保守氨基酸位点，通过检测胞内和胞外的钙离子浓度，我们发现cngc20-4突变影响了其通道活性，使得细胞内钙离子浓度升高，从而增强了植物对病原细菌的抗性。有意思的是cngc20-4是一个独特的获得功能性突变，在烟草中异源表达cngc20-4可以增强对病原细菌的抗性，表明该突变在作物抗病育种中有潜在的应用价值。进一步研究表明，CNGC20与BIK1互作，并且BIK1通过磷酸化调控CNGC20的蛋白稳定性。这些结果明确了CNGC20调控的细胞内钙离子水平在免疫调控中的重要作用，发现了控制CNGC20离子通道活性的保守氨基酸位点，以及调控其磷酸化和蛋白稳定性的蛋白激酶，为利用现代生物技术进行作物抗病育种提供了新的策略和理论基础。. 本项目的另一部分工作深入研究了拟南芥MACPF（膜攻击复合物/穿孔素）结构域蛋白CAD1（项目申请中的SED2）调控植物免疫的分子机制。动物中膜攻击复合物可以多聚化并在细胞膜上成孔，破坏细胞膜的完整性，进而导致细胞死亡。但在植物中此类蛋白的工作机制还知之甚少。我们发现CAD1在植物细胞膜上存在自身蛋白相互作用，暗示其可多聚化形成膜上的孔道。通过比较蛋白组和生化实验，我们发现CAD1介导了抗病相关蛋白PR1从胞内到胞外的运转。同时， CAD1也受到BIK1的磷酸化调控。本工作揭示了拟南芥MACPF蛋白调控免疫反应的分子机制，具有重要的理论意义。