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蔬菜花卉所植保病害课题组揭示南方根结线虫效应蛋白与植物转录因子互作促进线虫寄生的分子机制

      近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所植保病害课题组茆振川团队与法国农科院索菲亚农业生物技术研究所Pierre Abad团队在国际知名学术期刊Plant Communications(IF 10.5)在线发表了题为“A root-knot nematode effector Mi2G02 hijacks a host plant trihelix transcription factor for nematode parasitism”的研究论文。该论文报道了南方根结线虫(Meloidogyne incognita)分泌的Mi2G02效应蛋白与宿主trihelix转录因子GT-3a互作,调控下游靶标基因表达帮助线虫寄生的分子机制。



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      “每年在全球造成农作物损失达1570亿美元,线虫已经成为农作物的第二大类病害”,在今年的两会通道上,全国人大代表、中国科学院院士、云南大学教授张克勤介绍,线虫虽小,但对农作物损害很大,会导致作物减产甚至绝收。在我国,根结线虫和孢囊线虫是危害最严重、最具经济重要性的两类农作物重要病原线虫。根结线虫几乎可以侵染所有栽培植物,特别是一些蔬菜作物如番茄、黄瓜、辣椒都是根结线虫最易侵染的寄主。我国蔬菜种植面积超过3亿亩,其中设施蔬菜面积超过6千万亩,受根结线虫为害,蔬菜一般可减产30%以上。随着全球气候变化、国内种植制度改革以及农业机械化、规模化和高值农业的快速发展,蔬菜根结线虫病害呈严重发生趋势。根结线虫在寄生过程由食道腺和表皮等器官分泌大量效应蛋白进入宿主植物细胞,具有降解植物细胞壁、调节植物免疫反应、干扰激素合成和信号传导、调控基因表达和细胞发育等功能。通过解析根结线虫寄生关键效应蛋白与宿主靶标蛋白的功能,揭示根结线虫致病机理,为寻找防治根结线虫的新靶标、开发RNA生物农药提供理论依据。

      本研究利用宿主介导的基因沉默、转基因验证,证明南方根结线虫Mi2G02效应蛋白参与调控根长和线虫取食细胞发育。酵母双杂交、双分子荧光互补、萤火虫素酶互补、免疫共沉淀等试验证实Mi2G02与植物trihelix转录因子GT-3a在细胞核中互作,Mi2G02的核定位信号、ShKT结构域和GT-3a的DNA-binding结构域是互作关键区域。GT-3a在植物根系发育特别是侧根发育过程具有重要作用,也是根结线虫成功寄生的关键植物靶标。GT-3a具有转录抑制功能,能够特异结合TOZ和RAD23基因的启动子序列病抑制基因表达。进一步研究表明,Mi2G02通过抑制26S蛋白酶体介导的蛋白降解功能,稳定GT-3a蛋白,增加对TOZ和RAD23基因表达的抑制作用。综上所述,该研究报道了南方根结线虫寄生关键效应蛋白Mi2G02与宿主转录因子GT-3a互作并抑制其降解,调控下游靶标基因表达,从而帮助线虫与其宿主建立寄生关系的分子机制。



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图. Mi2G02效应蛋白与宿主GT-3a互作帮助线虫寄生的模式图


      中国农业科学院蔬菜花卉研究所赵建龙研究员、硕士生黄开伟和博士生刘锐为该论文的共同第一作者,赵建龙研究员、茆振川研究员和Michaël Quentin教授为共同通讯作者。中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨宇红研究员、凌键研究员、李彦研究员、谢丙炎研究员、硕士生来雨情,中国农业大学简恒教授和法国农科院索菲亚农业生物技术研究所Pierre Abad教授、Bruno Favery教授参与了该工作。本研究获得中国农业科学院青年创新专项、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国农业科学院创新工程和国家大宗蔬菜产业技术体系等多项基金的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100723


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