华中农业大学博士生以第一作者在Nature Communications发表研究成果，揭示稻曲病菌致病新机制
学术
2024-10-11 13:14
法国
稻曲病作为全球范围内影响水稻生产的重大病害之一，不仅导致稻米产量下降，而且由稻曲球产生的毒素对动物细胞有毒性及致畸作用，对食品安全构成严重威胁。在中国，每年因稻曲病影响的种植面积约为4500万亩，造成的减产超过1.5亿公斤。虽然培育抗稻曲病品种被视为最经济有效的防治手段，但目前抗病品种和相关基因资源相对匮乏。因此，深入探讨稻曲病菌与水稻之间的互作机制，对于开发抗病水稻品种具有重要的理论意义和基因资源价值。通过识别稻曲菌的效应蛋白及其与水稻免疫蛋白的相互作用，可以为作物抗性改良的设计提供依据，这成为开发抗稻曲病品种的关键路径之一。近日，华中农业大学稻曲病研究团队和安徽农业大学陈晓洋教授团队在国际著名期刊《Nature Communications》（中科院一区，IF=14.7）上发表题为“A secreted fungal laccase targets the receptor kinase OsSRF3 to inhibit OsBAK1–OsSRF3-mediated immunity in rice”的研究性论文。该论文首次揭示了真菌分泌性漆酶的致病作用机制，鉴定到一个水稻免疫相关类受体激酶OsSRF3，对理解植物先天免疫系统以及开发新型广谱抗病水稻材料具有重要意义。本研究确认了稻绿核菌素合成酶UgsL作为稻曲病菌致病过程中的重要效应蛋白，其具有漆酶活性，基因敲除会导致病原体失去致病能力。异源表达UgsL能抑制水稻免疫反应，而对UgsL进行寄主诱导的基因沉默则增强了水稻的抗病性能。筛选和验证显示UgsL与水稻中的OsSRF3类受体激酶在细胞膜表面发生互作。编辑或过表达OsSRF3基因不影响水稻生长性能，但增强了水稻对稻曲病、稻瘟病、纹枯病及白叶枯病的广谱抗性。图1 UgsL靶基因OsSRF3正调控水稻广谱抗病性一系列实验表明，UgsL可通过泛素化-26S蛋白酶体途径促进OsSRF3的降解，其漆酶活性影响OsSRF3的稳定性，并抑制OsSRF3介导的免疫反应。图2 UgsL促进OsSRF3降解并抑制OsSRF3介导的免疫反应在水稻体内，油菜素类固醇受体相关激酶OsBAK1与OsSRF3之间存在相互作用。实验室体外研究表明，OsBAK1可以直接使OsSRF3发生磷酸化。而在体内实验中证实，当OsSRF3的丝氨酸670位点（Ser670）被磷酸化后，可以增强OsSRF3的稳定性及植物的抗病能力。进一步的研究指出，稻曲病菌的效应蛋白UgsL能够与OsBAK1竞争结合OsSRF3，导致OsBAK1对OsSRF3的磷酸化水平下降，进而影响OsSRF3的稳定性，并抑制OsBAK1–OsSRF3介导的免疫反应。图3 UgsL干扰OsBAK1对OsSRF3磷酸化修饰总结来说，OsBAK1与OsSRF3的相互作用并通过磷酸化激活宿主免疫，而稻曲病菌则通过分泌效应蛋白UgsL来干扰这一免疫路径，从而实现其侵染目的。安徽农业大学为第一通讯单位，陈晓洋教授为论文的通讯作者，共同通讯作者为华中农业大学郑露副教授。华中农业大学植物科学技术学院博士生段宇航和安徽农业大学王招云副教授为论文共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金、安徽省自然科学基金以及安徽农业大学高层次人才引进科研启动经费等项目的资助。
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