植物小RNA和SYP122响应核盘菌侵染的特点及其功能研究

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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum(Lib.)de Bary)引起的菌核病是全球油料、蔬菜等作物生产上分布最广、为害最严重的病害之一。当前,植物对菌核病的抗性机制尚欠深入研究,进一步挖掘植物中新的抗病相关基因,明确植物和核盘菌间的互作规律,阐释植物对菌核病的抗性机理,是一项十分重要且有潜在应用价值的课题。基于这一目的,本研究分别从植物的内源非编码小RNA途径和抗病相关蛋白角度探究了抗菌核病的作用机制。小RNA是20-40 nt的非编码RNA分子,以序列特异性方式在转录水平或转录后水平上调控靶标基因的表达,进而调控众多细胞过程。成功激活RNA干扰途径涉及到 Argonaute(AGO)、DICER-like(DCL)蛋白和 RNA-dependent RNA polymerases(RDR)等组分的正确启用。由于在重要的经济作物油菜中这类不可或缺的加工元件尚未见报导,因此我们以甘蓝型油菜(Brassica napus)油菜为研究对象,首次鉴定到其基因组编码28个AGO蛋白、8个DCL蛋白和13个RDR蛋白,并对这些基因的结构、保守结构域以及染色体的定位进行了分析。通过荧光定量PCR我们发现其中15个BnAGO基因的表达水平均在花和角果中较叶片中高,推断这种组织特异性的表达方式可能和其功能有一定的联系。我们还发现不管在抗病的油菜品种(中双9号)还是感病的油菜品种(84039)中,BnAGO2(BnAGO2a 和 BnAGO2b)、BnAGO3(BnAGO3a 和 BnAGO3b)及BnAGO5(BnAGO5a和BnAGO5b)都能被核盘菌诱导高表达,然而BnAGO7(BnAGO7a、BnAGO7b和BnAGO7c)在抗病和感病品种中的表达都被显著抑制。有趣的是,拟南芥中的AGO2和AGO7表现出和上述两个油菜品种一样的表达趋势。通过对拟南芥突变体进行抗性分析,发现AGO2和AGO7缺失突变均导致拟南芥对核盘菌更敏感,表明AGO2和AGO7是植物抗病所必须的。此外,我们还首次运用高通量测序技术从了拟南芥-核盘菌互作体系中鉴定了一个新鉴定的miRNA——ath-miRin38-3P,并分析了其与靶标基因AT3G03820间的调控关系。综上所述,这些研究结果为未来分析miRNA和对应的靶标基因的生物学功能奠定了基础,也为研究菌核病的抗病育种提供了新的思路。植物为抵御或适应自然环境,利用细胞内的囊泡运输系统来输送抗病相关物质来抵御病原菌的侵染或扩展。SNARE(soluble N-ethyl-maleimide sensitive factor attachmentproteinreceptor,N—乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体)蛋白在囊泡运输中具有重要功能,我们对早期筛选到的一个SNARE蛋白进行了系统分析。研究发现拟南芥中一个Qa-SNARE基因SYP122(AT3G52400)在接种核盘菌后被诱导高表达,过量表达SYP122基因的转基因株系增强了对核盘菌的抗病能力,T-DNA插入突变体SALK008617表现出较野生型更强的感病性,说明拟南芥的SYP122基因对抵御核盘菌的侵染起至关重要的作用。我们发现YFP-SYP122主要定位于细胞质膜上。运用激光共聚焦显微镜观察,发现SYP122以胞吐的方式介导囊泡和质膜的融合过程。随后运用FRAP(Fluorescence Recovery After Photobleaching,光漂白后的荧光恢复)技术和Brefeldin A(BFA)阻断囊泡从内质网(ER)到高尔基体(Golgi)的转运,证实了 SYP122依赖ER-to-Golgi途径持续分泌到质膜,进而在质膜中定位。除此之外,我们还证实了 SYP122 C末端的跨膜结构域对于此蛋白的正确定位和功能的发挥起至关重要的作用。综上所述,我们的结果表明SYP122蛋白可能通过介导抗病物质的持续胞外转运,进而调控对核盘菌的抗病性。这一研究不仅从分子水平解析了 SYP122调控拟南芥抗核盘菌侵染的机制,同时也为开发新型抗病植株材料提供了思路和方法。
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