GbSOBIR1、GbUGT73B2和GbUGT76B1在棉花抗黄萎病中的功能研究

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棉花黄萎病是制约世界棉花生产的重要病害,被称为棉花的“癌症”。而类受体激酶(Receptor-like kinases,RLKs)类基因和UDP糖基转移酶(UDP glycosyltransferases,UGTs)类基因均在植物防御反应中起到重要作用。本研究通过ssn组成型免疫激活突变体的转录组分析(Sun et al.,2014)克隆到三个差异表达的基因:一个RLK类的基因Gb SOBIR1,和两个糖基转移酶类的基因Gb UGT73B2和Gb UGT76B1,并对它们在棉花抗黄萎病中的作用机制开展了研究,取得的主要结果如下:1.克隆了Gb SOBIR1的全长序列,其开放阅读框(Open reading frame,ORF)长为1926bp,编码一个由641个氨基酸残基组成的蛋白质。Gb SOBIR1包含一个信号肽区域,5个亮氨酸富集重复(leucine-rich repeat,LRR)区域,一个跨膜区域和一个膜内激酶区域。其与已报道的拟南芥At SOBIR1和番茄Sl SOBIR1等蛋白同源度都在60%以上。表达分析显示Gb SOBIR1在棉花的各个组织中均有表达,并且受到黄萎病菌侵染的诱导上调表达。2.利用病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)抑制Gb SOBIR1表达后,棉花植株对大丽轮枝菌株‘V991’的抗性减弱,而且抗病相关激素合成基因ICS1、LOX2和AOS以及病程相关蛋白PR1、PR5的表达量均有所下降。与此同时,在拟南芥中异源超量表达Gb SOBIR1后,转基因植株对黄萎病的抗性得到了增强。这表明Gb SOBIR1是植物抗黄萎病中的一个正向调节因子。3.筛选到了一系列Gb SOBIR1的互作蛋白,其中包括一个basic helix-loop-helix(b HLH)类的转录因子Gbb HLH171。通过构建干涉和超量表达Gbb HLH171的株系,证明其是一个棉花抗病的正向调节因子。在此基础上,通过实验证明Gb SOBIR1可以在体外和体内条件下磷酸化Gbb HLH171,而且这种磷酸化影响了Gbb HLH171的转录活性以及生物学功能。通过质谱分析和点突变分析进一步明确了Gb SOBIR1对Gbb HLH171的磷酸化位点位于Ser-413,基于这个位点的磷酸化影响了Gbb HLH171的转录活性。4.克隆到了两个糖基转移酶类基因——Gb UGT73B2和Gb UGT76B1。其中Gb UGT73B2受到大丽轮枝菌侵染以及SA、JA处理诱导急剧上调表达,而Gb UGT76B1则在以上处理时表达受到抑制。利用VIGS抑制两者的表达水平均能削弱棉花对大丽轮枝菌的抗性。实验证明,Gb UGT73B2可以通过影响木质素合成来影响棉花对黄萎病的抗性,而Gb UGT76B1则是通过影响SA的代谢进而影响棉花抗病。以上结果表明Gb SOBIR1通过磷酸化Gbb HLH171来调控棉花对黄萎病菌的抗病反应。Gb UGT73B2和Gb UGT76B1分别通过调控植物次生代谢产物的合成和激素代谢来影响棉花防御反应。以上结果研究为棉花抗病的分子机制提供了参考。
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