SIX家族效应蛋白调控香蕉尖孢镰刀菌致病力分子机制研究

The wilt disease caused by Fusarium oxysporum f.sp.cubense (Foc) has brought serious economic loss to the banana production of Hainan. The SIX (secreted in xylem) proteins are effectors which play important roles in the invasion and colonization of Fusarium oxysporum in host plant. Two races of Foc have been identified in Hainan, including Foc1 and Foc4. Foc4 is the main pathogen of banana wilt disease. The genomic search revealed that the SIX2 and SIX8 are Foc4 specific. Besides, there are three orthologs of SIX1 in Foc4, whereas only one copy of SIX1 was found in Foc1. Furthermore, we found that the SIX8 knockout mutant almost lost pathogenicity to the ‘baxi’ banana plant. In this project we are going to analyze the functions of Foc4 specific SIX proteins in regulating pathogenicity of the pathogens through the construction of a series of mutants. Secondly, we would investigate the effect of SIX proteins on the immune response of host plant by transient expression and transgene systems. Thirdly, we would isolate the targets of the SIX proteins in host cells. This project will provide new evidences for the molecular mechanism of SIX proteins in regulating the pathogenicity of Foc, and is helpful to build up new control strategy on banana wilt disease.

尖孢镰刀菌古巴专化型引起的香蕉枯萎病是造成海南香蕉产业减产的主要因素之一。SIX家族效应蛋白在调控尖孢镰刀菌部分专化型对寄主植物的侵染和病害发生中起着重要作用。海南省共鉴定到香蕉尖孢镰刀菌的1号和4号两个生理小种，其中4号小种是引起香蕉枯萎病的主要病原菌。本课题组通过分析发现，与1号小种相比，4号小种含特有的SIX2、SIX8；此外4号小种还含3个SIX1同源蛋白编码基因，而1号小种只有一个SIX1。其中4号小种的SIX8缺失突变株基本丧失对香蕉植株的侵染能力。本项目计划通过构建真菌的缺失突变株及过表达菌株来研究4号小种特有SIX蛋白在调控香蕉尖孢镰刀菌致病力中的作用；通过植物转基因及原生质体表达系统分析SIX蛋白对植物免疫反应的影响；筛选SIX蛋白在植物细胞中的互作蛋白。以上研究结果将全面解析SIX蛋白调控尖孢镰刀菌古巴专化型致病力的分子机制，对于建立新型病害防控策略具有理论意义。

尖孢镰刀菌古巴专化型（Foc）引起的枯萎病是影响世界香蕉产业的最大因素。我国鉴定到的香蕉枯萎病菌主要有1号生理小种（Foc1）和4号生理小种（Foc TR4），其中4号小种致病力极强，能够侵染绝大多数香蕉品种。效应蛋白在病原真菌对寄主植物的致病过程中起着重要作用。通过比较Foc TR4与Foc1基因组中SIX（secreted in xylem）类效应蛋白编码基因的差别，我们发现Foc中总共发现了9种SIX蛋白，而Foc TR4含有Foc1所缺少的SIX2和SIX8蛋白。表达谱分析表明SIX8在病原菌侵染香蕉的过程中表达量显著上升。通过构建SIX2，SIX8这两个基因的敲除突变株，以及对突变株的表型分析发现，SIX8在Foc TR4对香蕉植株的致病力中起着重要的作用。通过提取细胞内、外蛋白质及Western检测，研究证明了SIX8为胞外分泌蛋白，符合效应蛋白的特性。烟草瞬时表达发现SIX8主要定位于植物的细胞质中；与此同时，通过筛选SIX8在香蕉中的互作蛋白，发现该蛋白能够与病程相关蛋白MaPR6互作，说明SIX8能够直接抑制植物的抗病反应。通过对香蕉根部组织的表达谱进行分析，发现香蕉中一系列抗病相关基因都参与了对SIX8的响应。此外，我们还鉴定到了Foc TR4中一系列未知功能的效应蛋白。本研究阐明了SIX8调控Foc TR4致病力的分子机制，为香蕉抗病分子育种提供了一定的理论依据。