中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所糧食作物真菌病害監(jiān)測與防控創(chuàng)新團隊聯(lián)合深圳農(nóng)業(yè)基因組所研究發(fā)現(xiàn)水稻ANIP1-OsWRKY62分子模塊，并探索了該模塊參與水稻基礎(chǔ)免疫反應(yīng)以及抗病蛋白Pi9信號通路的工作機制。研究成果“The ANIP1-OsWRKY62 module regulates both basal defense and Pi9-mediated immunity against Magnaporthe oryzae in rice”在線發(fā)表在Molecular Plant雜志。
稻瘟病是全世界范圍內(nèi)威脅水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的最主要病害之一。綠色防控稻瘟病需要深入挖掘抗病基因資源，合理布局與利用抗病基因，了解稻瘟菌的侵染機理以及解析抗病基因的抗性機制。目前在水稻中已經(jīng)克隆了超過30個抗稻瘟病基因，其中Pi9是2006年被報道的具有廣譜持久抗性的抗病基因。更重要的是，由于Pi9在兼具抗性的同時對水稻產(chǎn)量沒有明顯的影響，使其成為抗病育種中的優(yōu)良基因資源。稻瘟菌的AvrPi9是Pi9對應(yīng)的無毒基因，二者相互識別激活免疫反應(yīng)。AvrPi9編碼一個效應(yīng)蛋白，在侵染過程中分泌到水稻細胞中。然而，AvrPi9的工作機制以及如何被Pi9識別仍然不清楚。
該研究首先篩選到AvrPi9在水稻中的一個互作蛋白，稱為ANIP1 （AVRPI9-INTERACTING PROTEIN 1）。ANIP1是一個含有類泛素（ubquitin-like，UBL）結(jié)構(gòu)域的蛋白，其同源蛋白廣泛存在于單子葉和雙子葉植物中。研究人員進而通過對ANIP1的敲除和過表達株系的接種表型鑒定以及轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)ANIP1是基礎(chǔ)防御的負調(diào)控因子。并且，ANIP1蛋白本身可以通過結(jié)合OsRPN10、OsRPN13等泛素受體介導(dǎo)自身的降解。為了進一步探索ANIP1的生理功能，篩選并鑒定到ANIP1在水稻中的互作蛋白OsWRKY62。OsWRKY62蛋白在anip1突變體中更為穩(wěn)定，并且在煙草系統(tǒng)中ANIP1能夠促進OsWRKY62的降解，因此，ANIP1負調(diào)控OsWRKY62蛋白穩(wěn)定性。在無Pi9的水稻背景中，OsWRKY62是稻瘟菌抗性的正調(diào)控因子，而AvrPi9可以通過維持ANIP1的穩(wěn)定性促進其對OsWRKY62的降解，以達到減弱寄主免疫反應(yīng)的目的。然而，當Pi9存在時，整個系統(tǒng)發(fā)生巨大變化：Pi9同樣可以穩(wěn)定ANIP1，但此時ANIP1和OsWRKY62均可以結(jié)合Pi9。在Pi9背景下敲除ANIP1或OsWRKY62能夠顯著增強水稻對親和稻瘟病菌小種的抗性，推測ANIP1和OsWRKY62結(jié)合Pi9可能參與維持Pi9在無病原菌侵染情況下的非激活狀態(tài)。最后，研究發(fā)現(xiàn)AvrPi9可以促進ANIP1和Pi9的解離并釋放Pi9，這可能是AvrPi9激活Pi9的重要步驟之一。
該研究在水稻中發(fā)現(xiàn)了一個由ANIP1-OsWRKY62組成的分子調(diào)節(jié)模塊，闡明了稻瘟病菌與水稻互作系統(tǒng)中，在有無AvrPi9/Pi9的情形下精細調(diào)控植物免疫反應(yīng)的作用機理，為深入了解AvrPi9與Pi9的識別機制奠定了重要基礎(chǔ)。
圖1 ANIP1-OsWRKY62參與AvrPi9與Pi9信號通路模型
論文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（23）00065-5
日期：2023-03-13
稻瘟病是全世界范圍內(nèi)威脅水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的最主要病害之一。綠色防控稻瘟病需要深入挖掘抗病基因資源，合理布局與利用抗病基因，了解稻瘟菌的侵染機理以及解析抗病基因的抗性機制。目前在水稻中已經(jīng)克隆了超過30個抗稻瘟病基因，其中Pi9是2006年被報道的具有廣譜持久抗性的抗病基因。更重要的是，由于Pi9在兼具抗性的同時對水稻產(chǎn)量沒有明顯的影響，使其成為抗病育種中的優(yōu)良基因資源。稻瘟菌的AvrPi9是Pi9對應(yīng)的無毒基因，二者相互識別激活免疫反應(yīng)。AvrPi9編碼一個效應(yīng)蛋白，在侵染過程中分泌到水稻細胞中。然而，AvrPi9的工作機制以及如何被Pi9識別仍然不清楚。
該研究首先篩選到AvrPi9在水稻中的一個互作蛋白，稱為ANIP1 （AVRPI9-INTERACTING PROTEIN 1）。ANIP1是一個含有類泛素（ubquitin-like，UBL）結(jié)構(gòu)域的蛋白，其同源蛋白廣泛存在于單子葉和雙子葉植物中。研究人員進而通過對ANIP1的敲除和過表達株系的接種表型鑒定以及轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)ANIP1是基礎(chǔ)防御的負調(diào)控因子。并且，ANIP1蛋白本身可以通過結(jié)合OsRPN10、OsRPN13等泛素受體介導(dǎo)自身的降解。為了進一步探索ANIP1的生理功能，篩選并鑒定到ANIP1在水稻中的互作蛋白OsWRKY62。OsWRKY62蛋白在anip1突變體中更為穩(wěn)定，并且在煙草系統(tǒng)中ANIP1能夠促進OsWRKY62的降解，因此，ANIP1負調(diào)控OsWRKY62蛋白穩(wěn)定性。在無Pi9的水稻背景中，OsWRKY62是稻瘟菌抗性的正調(diào)控因子，而AvrPi9可以通過維持ANIP1的穩(wěn)定性促進其對OsWRKY62的降解，以達到減弱寄主免疫反應(yīng)的目的。然而，當Pi9存在時，整個系統(tǒng)發(fā)生巨大變化：Pi9同樣可以穩(wěn)定ANIP1，但此時ANIP1和OsWRKY62均可以結(jié)合Pi9。在Pi9背景下敲除ANIP1或OsWRKY62能夠顯著增強水稻對親和稻瘟病菌小種的抗性，推測ANIP1和OsWRKY62結(jié)合Pi9可能參與維持Pi9在無病原菌侵染情況下的非激活狀態(tài)。最后，研究發(fā)現(xiàn)AvrPi9可以促進ANIP1和Pi9的解離并釋放Pi9，這可能是AvrPi9激活Pi9的重要步驟之一。
該研究在水稻中發(fā)現(xiàn)了一個由ANIP1-OsWRKY62組成的分子調(diào)節(jié)模塊，闡明了稻瘟病菌與水稻互作系統(tǒng)中，在有無AvrPi9/Pi9的情形下精細調(diào)控植物免疫反應(yīng)的作用機理，為深入了解AvrPi9與Pi9的識別機制奠定了重要基礎(chǔ)。
圖1 ANIP1-OsWRKY62參與AvrPi9與Pi9信號通路模型
論文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（23）00065-5
日期：2023-03-13
