根结线虫与Me3基因互作效应子的鉴定及毒性作用机理研究

Root-knot nematode is an important Pathogen of agriculture. The deletion and genetic variation of avirulence effectors are the key factors leading to the variation of root-knot nematode pathogenicity. In recent years, some effectors of root-knot nematodes have been reported, providing an important basis to reveal the pathogenic mechanism. However, the avirulence effectors interacting with nematode-resistant gene Me3 have not been reported, need to further research. Me3 is a root-knot nematode gene of Capsicum, has great value in agriculture breeding and production. The virulence nematodes can overcome the resistance of Me3. In previous studies, based on the comparing analysis of root-knot nematode genomes and secretomes of wild and virulence variation populations, we identified the avirulent effector MiIRE10750, its gene was lost in virulence nematode’s genome, and found that the homologous genes of other nematode species were related with Me3 gene resistance. Based on these works and combining the technologies of genome analysis, effector identification, VIGS, overexpression, and transcriptomes comparing, we plan to identify the species and function of ten homologous avirulent effector of MiIRE10750 first time, and work on interaction mechanism of avirulent effectors and gene Me3, to reveal the immune mechanism of virulence root-knot nematodes. These results will be great for the control to root-knot nematode.

根结线虫是重要农业病原物。根结线虫无毒效应子的缺失及遗传变异是导致根结线虫毒性作用的关键因子。近年来，在根结线虫中多个效应子已经被报道，为解析致病机理提供了重要依据，但与Me3基因互作的无毒效应子研究仍然未见报道。Me3是辣椒中的主要抗线虫基因，在育种及生产中具有重大价值。在前期研究中，基于南方根结线虫野生型群体及毒性变异群体的基因组及分泌组分析，我们首次鉴定了与Me3基因互作的效应子MiIRE10750，发现了该基因在毒性变异群体基因组中缺失现象，且其根结线虫中的同源基因变化与Me3抗性表达紧密相关。本项目拟进一步通过基因组分析、效应子鉴定、基因沉默、超表达及转录组分析等技术相结合，鉴定主要根结线虫的10个MiIRE10750同源效应子，揭示其功能及其与Me3基因互作机理，阐明根结线虫的毒性作用机理，研究结果对于防治根结线虫危害具有重要意义。

与抗性基因互作的线虫效应子鉴定、功能分析及其调控通路研究，可以揭示根结线虫的致病机理及毒性种群变异机理，对于抗性基因的持久利用及防治根结线虫危害具有重要意义。本研究基于无毒效应子与抗性基因之间的分子互作理论，对参与抗线虫基因Me3互作的根结线虫效应子进行研究。通过研究证实，象耳豆根结线虫的Me10750、南方根结线虫的Mi00430等效应子基因与预测的MiIRE10750基因高度同源，N端均含有信号肽结构，具有跨膜结构，但是Mi00430与Me10750相差了237bp的片段。在表达特征分析中证实了这个两个基因均定位在细胞膜以及细胞核中，且在根结线虫侵染早期显著上调表达，在本生烟上均能够抑制Bax引发的HR反应，但是在Me3抗性辣椒上Me10750则引发HR反应。分别通过VIGS及转基因技术，证实分别敲低这两个基因，可以导致象耳豆根结线虫及南方根结线虫的致病性降低，而超表达则会增加致病性，说明Mi00430与Me10750的功能与根结线虫的致病性相关。同时，采用酵母双杂方法，筛选到与这两个基因互作的寄主靶基因均为乙烯转录因子（XM_004137065），通过双分子荧光互补及荧光素酶检测方法进一步证实Mi00430与Me10750与乙烯转录因子存在一对一的分子互作，并且该乙烯转录因子同样在侵染早期表达。在研究中还揭示了南方根结线虫效应子Minc03329的表达特征及功能，证实该基因通过调控水杨酸信号通路抑制寄主的免疫反应，从而促进根结线虫的侵染。同时研究揭示了南方根结线虫MiCTL1作用机理。这些根结线虫效应子功能的解析为研究根结线虫的致病机理，以及效应子与抗性基因的互作关系提供了重要依据。