辣椒疫霉RXLR效应子操控植物NPR1蛋白抑制水杨酸抗病信号途径的分子机制解析

Phytopathogens can secrete effectors to interfere with plant immunity. NPR1 is a key regulator in plant immunity, however, it is still unknown whether pathogen effectors can directly target NPR1 to suppress plant defense response. High-throughput yeast two-hybrid screening of nearly 1000 effectors led to identification of 3 Phytophthora capsici RXLR effectors that may interact with plant NPR1. In this project we propose to confirm the protein-protein interactions using co-immunoprecipitation approach. To elucidate the virulence function of these RXLR effectors in pathogen pathogenicity, we will silence these RXLR genes by RNAi or knock these genes out by CRISPR/Cas9 system in P. capsici. Phenotypes of the P. capsici transformants in Arabidopsis thaliana npr1 mutant will be analyzed, which will confirm whether these RXLR effectors suppress plant immunity via direct interfering with NPR1. Approaches of Genetics, Cell Biology, Molecular Biology and Biochemistry will be comprehensively employed to elucidate the mechanisms underlying how these effectors affect the function of NPR1. RXLR effector-mediated perturbation of NPR1 subcellullar localization, transactivation activity and protein turnover will be analyzed. We will also examine whether the mechanisms of effector-mediated perturbation of NPR1 function are conserved in other host plants. This study aims to elucidate the novel pathogenicity mechanisms of Phytophthora pathogens, and will provide scientific basis for establishment of novel control strategies against Phytophthora pathogens.

植物病原菌分泌效应子干扰寄主的免疫反应，NPR1蛋白是植物抗病信号转导关键调节蛋白，但目前尚无病原菌效应子直接干扰NPR1，抑制寄主免疫反应的报道。我们前期从近千个效应子中鉴定出3个能与NPR1直接互作的辣椒疫霉RXLR效应子。本申请项目拟通过免疫共沉淀技术对以上蛋白互作进行验证；采用RNAi或CRISPR/Cas9方法在疫霉中沉默或敲除这些RXLR效应子，明确它们对病原菌致病性的影响；分析辣椒疫霉转化子在拟南芥npr1突变体上的表型，初步明确这些RXLR效应子是否通过操控植物NPR1抑制植物的防卫反应；综合利用遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等实验手段，分析RXLR效应子对植物NPR1的亚细胞定位、转录激活功能以及蛋白质周转的影响及其作用机制，并初步揭示这些效应子的作用机制在不同寄主植物中的保守性。本项目的实施将有望揭示疫霉致病的新机制，为开发疫霉病害新型防控策略奠定理论基础。

水杨酸抗病信号途径在先天免疫中发挥关键作用，在对抗活体与半活体病原菌中发挥重要作用。NPR1作为水杨酸的受体，在调控水杨酸抗病信号途径中发挥核心功能。半活体病原菌疫霉菌可以分泌数目众多的效应子，抑制植物的免疫反应。本项目鉴定了2个可以干扰水杨酸抗病信号途径的RxLR胞内效应子，并分别解析了它们干扰水杨酸抗病途径的分子机制。发现其中RxLR48效应子可以直接与NPR1形成蛋白复合体，通过影响NPR1的蛋白质周转抑制水杨酸抗病途径和植物先天免疫，从而促进辣椒疫霉的侵染；另一个辣椒疫霉效应子PcAvh103可以与水杨酸信号途径中的另外一个关键免疫调控蛋白EDS1互作，通过干扰EDS1-PAD4蛋白复合体的组装来抑制植物基础防卫反应。同时，我们还鉴定到一个植物先天免疫的重要调控蛋白SIK1，并揭示了它调控植物免疫的生化机理，为作物疫病防控提供了基因资源。受本项目资助，发表论文7篇，其中研究论文5篇，综述论文2篇；参加学术会议6次，并做报告2次；培养博士生2名，硕士生3名。此外，该项目的实施为2020年获批的国家自然科学基金面上项目奠定了重要基础。