植物活體成像系統(tǒng)在負(fù)調(diào)控植物對寄生疫霉菌抗性新機制研究中的應(yīng)用

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室單衛(wèi)星教授團隊在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Molecular Plant Pathology》（Q1，IF=5.663）在線發(fā)表了題為《The Raf-like kinase Raf36 negatively regulates plant resistance against the oomycete pathogen Phytophthora parasitica by targeting MKK2》的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的負(fù)調(diào)控植物對寄生疫霉菌抗性的類Raf激酶基因，為植物病蟲害防控提供新的策略。
 

 

卵菌是一類獨特的植物病原菌，雖然其在系統(tǒng)發(fā)育上與真正的真菌相距甚遠(yuǎn)，但仍然會造成嚴(yán)重的作物減產(chǎn)和環(huán)境破壞。為了獲得抗病性，植物已經(jīng)形成了兩種方法：動員抗病蛋白和抑制易感因子。研究植物對卵菌病原體易感性的遺傳基礎(chǔ)是開發(fā)新的抗病策略的有效途徑之一。寄生疫霉菌（Phytophthora parasitica）在植物中引起破壞性疾病，從作物到樹木都有廣泛的宿主，已成為卵菌研究的模式病原體。通過使用擬南芥–寄生疫霉菌致病系統(tǒng)（已被證明涉及水楊酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信號通路），科學(xué)家們最近又發(fā)現(xiàn)了幾種植物對寄生疫霉菌的易感因子。例如，與結(jié)瘤蛋白相關(guān)的MtN21家族基因AtRTP1（擬南芥對寄生疫霉菌1的抗性）通過調(diào)節(jié)活性氧（ROS）產(chǎn)生、細(xì)胞死亡進程和PR1表達來介導(dǎo)植物對寄生疫霉菌的敏感性。然而含有擬南芥VQ基序的蛋白VQ29已經(jīng)被證明介導(dǎo)植物對寄生疫霉菌的抗性，而不依賴于已知的SA、JA和ET信號通路、亞麻薺素（Camalexin）生物合成和PTI信號。這種差別可以用擬南芥和寄生疫霉菌之間復(fù)雜的相互作用來解釋。因此，有必要進一步研究植物對該病原菌的防御機制和敏感性。

絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯(lián)反應(yīng)通常由MAPK激酶激酶（MAPKKK）、MAPK激酶（MAPKK）和MAPK組成，是植物免疫信號網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點，傳遞來自不同刺激物的信號以調(diào)節(jié)下游防御反應(yīng)。

植物MAPKKKs由三個家族組成：MEKK家族、類Raf家族和ZIK家族。MEKK激酶通常在上游發(fā)揮作用，激活MAPKK-MAPK級聯(lián)，但類Raf激酶與不同的底物相互作用，參與多種生命活動。與此同時，類Raf激酶也在植物與多種病原體的相互作用中發(fā)揮作用。然而，類Raf激酶是否參與植物與疫霉菌的相互作用及其機制仍基本未知。

在這項研究中，作者鑒定了一個擬南芥T-DNA突變體，該突變體通過在MAPKKK中插入類Raf基因Raf36而增強了對寄生疫霉菌的抗性。隨后作者通過CRISPR/Cas9技術(shù)構(gòu)建raf36突變體，并同時構(gòu)建了Raf36互補株和過表達轉(zhuǎn)化株，感染實驗結(jié)果一致表明，Raf36介導(dǎo)了擬南芥對寄生疫霉菌的敏感性。利用病毒誘導(dǎo)的基因沉默實驗，作者沉默了煙草中的Raf36同源基因，并通過感染實驗證明了Raf36的保守免疫功能。突變分析表明，Raf36的激酶活性對其免疫功能以及與MKK2的相互作用非常重要。作者接著通過構(gòu)建和分析mkk2突變體、MKK2互補株和過表達轉(zhuǎn)化株，發(fā)現(xiàn)MKK2是對寄生疫霉菌感染的反應(yīng)中的一種陽性免疫調(diào)節(jié)因子。此外，對mkk2-raf36雙突變株的感染實驗表明，MKK2是raf36對寄生疫霉菌產(chǎn)生抗性所必需的。

綜上所述，作者發(fā)現(xiàn)一種類Raf激酶Raf36是一種新的植物敏感因子，在MKK2上游發(fā)揮作用，并直接以其為靶點，對植物對寄生疫霉菌的抗性進行負(fù)性調(diào)節(jié)。
 

 

在使用螢火蟲熒光素酶互補測定AtRaf36與AtMKK2的相互作用實驗中，使用PlantView100植物活體成像系統(tǒng)進行拍攝。
 

論文鏈接
https://doi.org/10.1111/mpp.13176