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高精尖中心郭红卫/李中海课题组揭示大丽轮枝菌诱导叶片衰老的分子机制

  7月14日,高精尖中心郭红卫/李中海课题组题发布了最新研究进展,为植物中生物胁迫诱导的衰老提供了新的见解。该研究揭示大丽轮枝菌( Verticillium dahliae )通过分泌效应子 PevD1 来调节植物的 ORE1-ACS6 级联反应,从而诱导叶片衰老。

  

  大丽轮枝菌是典型的土传维管束病原真菌,从植物根部侵入并在导管中定殖、扩繁和为害,萌发的孢子伴随植物蒸腾作用扩散至植物整个导管系统,最终危害导致叶片黄化和萎蔫。大丽轮枝菌的寄主具有广谱性,它能侵染8科600多种植物,包括马铃薯、茄子、辣椒、莴苣、番茄、草莓等重要经济作物,以及牡丹、菊花、金银花等中药材和观赏植物香山红叶(黄栌)等。全球范围内由大丽轮枝菌引起的黄萎病每年造成愈千亿美元的直接经济损失。半个多世纪以来,研究人员一直致力于解析大丽轮枝菌引起植物落叶的遗传机制,但一直未有突破。

 

  该研究首先发现大丽轮枝菌分泌效应蛋白 PevD1的组成型或诱导型过表达可以加速拟南芥叶片衰老。进一步发现PevD1 可以靶向衰老相关的 NAC 转录因子 ORE1。PevD1与 ORE1 蛋白相互作用,通过破坏其与 RING 型泛素 E3 连接酶 NLA 的相互作用而使ORE1稳定。

  

  

图1.大丽轮枝菌效应子PevD1诱导叶片衰老

  

  此外,该研究表明ORE1 的突变抑制了由过表达 PevD1 引起的过早衰老。 ORE1 或 PevD1 的过表达导致乙烯产量增加,ORE1 通过直接结合 ACS6 启动子介导 PevD1诱导的乙烯生物合成。ACSs的功能丧失抑制了大丽轮枝菌在 ORE1 过表达植物中诱导的叶片衰老。有趣的是,PevD1还与陆地棉中的GhORE1蛋白相互作用,并且病毒诱导的 GhORE1 基因沉默也会延迟了大丽轮枝菌引发的棉花叶片衰老,表明植物中存在保守机制。综上所述,该研究表明大丽轮枝菌通过分泌效应子 PevD1 来调节 ORE1-ACS6 级联反应,从而诱导叶片衰老。

  

  

图2. 大丽轮枝菌效应子PevD1调控叶片衰老的分子机制

  

  植物学领域TOP期刊 Molecular Plant 在线发表了课题组题为“ Verticillium dahliae  Secretory Effector PevD1 Induces Leaf Senescence by Promoting ORE1-Mediated Ethylene Biosynthesis”的研究论文。

  

 

  高精尖中心博士后张易博士和王厚领博士以及中国农业科学院植物保护研究所博士后高毓晗博士为论文共同第一作者,高精尖中心青年研究员李中海博士和首席科学家郭红卫教授为论文的共同通讯作者。高精尖中心首席科学家尹伟伦院士、PI夏新莉教授、韩国基础科学研究所植物衰老研究中心Hong Gil Nam院士和中国农业科学院植物保护研究所杨秀芬研究员对研究提供了建设性意见。本项目得到了北京林业大学林木分子育种高精尖创新中心启动资金、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的大力资助。

作者:李中海; 审稿:姜金璞      |     编辑:李佳; 审核:杨金融