植物病毒与病毒基因工程技术研究团队揭示了小麦蓝矮植原体效应子SWP12抑制植物防御反应新机理

2022年11月15日，我院植物病毒与病毒基因工程技术研究团队在《The Plant Journal》上在线发表了题为“The ‘Candidatus Phytoplasma tritici’ effector SWP12 degrades the transcription factor TaWRKY74 to suppress wheat resistance”的研究论文，揭示了小麦蓝矮植原体效应子SWP12的功能及其作用机理。该研究阐述了一个与小麦转录因子TaWRKY74互作的小麦蓝矮植原体效应子SWP12，其能通过泛素依赖途径介导TaWRKY74的降解，降低植物ROS积累并且提高NDH活性，削弱小麦防御应答以促进植原体侵染的作用机制。我院吴云锋教授和赵磊副教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生白碧鑫为该论文的第一作者。

小麦蓝矮植原体（ ‘Candidatus  Phytoplasma tritici’）是一种韧皮部局限性寄生的原核生物，引起的小麦蓝矮病（Wheat blue dwarf）危害我国广大西北地区冬小麦，威胁粮食安全。在田间由昆虫介体异沙叶蝉（ Psammotettix alienus ）持久专化性传播流行。植物在感知植原体侵染时，氧化防御系统被高度激活，ROS作为重要的信号分子，参与植物抵抗病原菌侵染的防御调节。NADH 脱氢酶复合体(NDH)活性是植物重要的免疫预警组成部分，沉默组装因子CRR6导致的低水平NDH活性使植物保持高度免疫警觉和广谱抗病特性。TaWRKY74不仅刺激ROS的生成，还通过作用于TaCRR6的启动子损害植物NDH活性，是小麦抗病性的一个正向调控因子。小麦蓝矮植原体在侵染过程中向寄主分泌效应子SWP12，它可以靶向降解TaWRKY74削弱植物免疫反应，促进植原体的侵染。

在小麦与植原体互作中，ROS被高度诱导生成，表达效应子SWP12显著抑制了植物中的ROS积累，促进了植原体的积累。通过酵母双杂交文库筛选，利用蛋白互作技术，鉴定到一个与SWP12特异性互作的小麦转录因子TaWRKY74。瞬时表达TaWRKY74接种植原体发现，ROS积累显著上升， TaCRR6 转录水平和NDH活性显著下降，植原体积累显著减少。进一步沉默TaWRKY74接种植原体发现， TaCRR6 转录水平显著上调，植原体积累显著增加。这些结果表明TaWRKY74是一个重要的小麦抵抗植原体侵染的正向调控因子。

图1. 过表达和沉默TaWRKY74后接种小麦蓝矮植原体的检测

共表达SWP12和TaWRKY74与单独表达TaWRKY74相比，植原体能够在共表达的植株上正常积累，ROS积累和NDH活性也趋于正常水平。通过引入蛋白酶体抑制剂MG-132和泛素链形成的负性抑制蛋白DesGlyGly-ubiquitin (Ub∆GG)进行试验分析，研究明确了SWP12可以提高TaWRKY74的泛素化修饰水平，导致了TaWRKY74的泛素依赖性降解。同时，由于降解导致抑制 TaCRR6 启动子活性的TaWRKY74减少，NDH活性也随之上升。进一步研究发现，瞬时沉默 TaCRR6 的小麦对植原体的抗性增强。因此，本研究鉴定了一个降低植物免疫反应的效应子SWP12，在促进植原体自身侵染的过程中，靶向降解寄主转录因子TaWRKY74，并且间接提高 TaCRR6 的转录增强NDH活性，该机理的明确将为开发新的小麦蓝矮病防控策略提供重要价值。

图2. 小麦蓝矮植原体效应子SWP12抑制小麦防御反应的示意图

该研究得到国家自然科学基金和博士后创新人才支持计划的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16029

编辑：刘小凤

审核：郭   军