404植物学报52(4)2017 素。虽然乙烯信号传递途径已被广为研究,但乙烯生调控黄瓜单性花发育的分子机制。 物合成的转录调控研究较少。王爱德研究组发现,苹 果乙烯响应因子MERF2能通过抑制乙烯生物合成26植物激紊互作与调控网络 的关键基因 MdAcs1的转录,负调控乙烯的生物合赤霉素和脱落酸是两种重要的植物激素,拮抗调控多 成和果实成熟。 MdERF2能抑制 MdERF3的启动子,种生理过程,它们之间的平衡对植物发育至关重要 而MERF3又可结合 MdACS1的启动子,因此Md-侯兴亮研究组发现,3个拟南芥核因子(NF-YC)同源蛋 ERF2和 MdERF3的直接互作会抑制 MdERF3与M-白NFYC3、NF-YC4和NFYC9调控GA与ABA介导的 AcS1启动子的结合。此外,将苹果果实中 MdERF2种子萌发,并且三者之间的功能冗余。这些NFYC蛋 瞬时下调会使乙烯合成减少及果实快速成熟。该研究白能与GA信号传递抑制子 DELLA蛋白RGL2互作 结果表明, MdERF2是果实成熟的拮抗因子 Li et al,NF- YC-RGL2通过 CCAAT特异元件与ABA信号传递 的核心组分ABJ5结合,共同调控一系列GA和ABA响 低磷条件下植物会形成大量的根毛以增加根面应基因,从而控制种子萌发( Liu et al,2016k)。该f 积,从而提高营养物质的吸收效率。乙烯在低磷诱导究表明,在种子萌发过程中, NF-YC-RGL2-ABJ5组合 的根毛发育中起重要作用,但具体机制尚不清楚。刘是联系GA和ABA信号传递通路的关键纽带 栋研究组利用正向遗传学方法,筛选到1个根毛形成 油菜素内酯和脱落酸在调控植物生长发育中发 过多的拟南芥突变体hps5。基因克隆表明,HPS5基挥不同作用,BR促进植物生长,而面临逆境条件时 因编码乙烯受体ERS1。通过对加s5的转录组分析,ABA使植物减慢或停止生长以抵御逆境胁迫。李来庚 鉴定到1组与根毛发育相关的基因。进一步研究证明,研究组发现,水稻 OSREM41基因受到ABA信号诱导 乙烯信号通路中的关键转录因子EⅠN3可直接结合到高表达,产生 OsREM4.1蛋白,与接收BR信号的复 这些根毛发育相关基因的启动子上,对其进行转录调合体 OSSERK1蛋白结合,使BR信号不能输出,水稻 控;而且,低磷胁迫可显著増加EN3蛋白在细胞核内諴慢或停止生长以抵御逆境。生长条件满足需要时, 的积累。据此,该研究组提出一个工作模型,即正常BR分子激活BR信号复合体,使 OSREM4.1磷酸化并 生长条件下,根表皮细胞里的乙烯含量较低,RSL4与 OS SERK1分离,BR信号得以输出,水稻进行正常 等关键的转录因子触发并维持下游靶基因基础水平生长( Gui et al,2016)。该研究为揭示BR和ABA协同 的转录从而促进根毛的形成;低磷条件下,诱导增调控植物生长发育的分子机制提供了新线索,对设计 加的EN3蛋白同时结合到根毛发育相关基因的启动和培育高产高抗水稻作物新品种具有重要的应用价 子上,进一步提高这些靶基因的表达水平,从而增值 加根毛的形成( Song et al.,2016a)。该工作模型为培 拟南芥ORA47蛋白是含有AP2ERF结构域的转 育高效吸收土壤养分的农作物新品种提供了理论依录因子,能够调控茉莉酸的生物合成,并能被甲基化 据 的JA诱导表达。林赞标研究组发现,ORA47能与AB/2 此外,乙烯还可促进黄瓜心皮的发育,抑制雄蕊启动子中的cis元件(Nc/ GT)CGNCCA结合,调节 发育。ACC氧化酶(ACO能将ACC转化成乙烯,但对AB1-ORA47-AB2的正反馈信号通路。ORA47参与9 ACO是否参与性别决定以及CsWP1抑制雄蕊发育种植物激素的生物合成或信号传递;且在胁迫条件 的分子机制尚不清楚。陈惠明研究组与黄三文研究组下,许多JA与ABA生物合成和信号传递相关基因是 合作研究,发现 CSACO2基因突变使黄瓜仅发育雄ORA47的直接靶基因。与野生型相比,在伤害诱导 花。该突变破坏了 CSACO2的活性,导致茎顶端释放下,尸35S:ORA47-GR转基因植株中JA水平大幅提升, 的乙烯降低了50% CSACO2主要在心皮原基中表达,而在水胁迫下仅小幅提升。伤害诱导会促进ABA积累 与 CSACS1表达相互重叠。进一步研究表明,CsWP1而水胁迫抑制ABA产生( Chen et al.,2016c)。该研究 能直接结合 CSACO2的启动子抑制后者的表达(Chen揭示了在植物遭受伤害或水胁迫时,ORA47会影响 etal,2016b)。该研究揭示了csWP1通过抑制J八A和ABA的生物合成,并通过调控一系列其它植物 CSACO2基因的表达,降低黄瓜中乙烯的含量,进而激素的生物合成或信号传递来抵御胁迫 ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany
404 植物学报 52(4) 2017 素。虽然乙烯信号传递途径已被广为研究, 但乙烯生 物合成的转录调控研究较少。王爱德研究组发现, 苹 果乙烯响应因子MdERF2能通过抑制乙烯生物合成 的关键基因MdACS1的转录, 负调控乙烯的生物合 成和果实成熟。MdERF2能抑制MdERF3的启动子, 而MdERF3又可结合MdACS1的启动子, 因此MdERF2和MdERF3的直接互作会抑制MdERF3与MdACS1启动子的结合。此外, 将苹果果实中MdERF2 瞬时下调会使乙烯合成减少及果实快速成熟。该研究 结果表明, MdERF2是果实成熟的拮抗因子(Li et al., 2016j)。 低磷条件下植物会形成大量的根毛以增加根面 积, 从而提高营养物质的吸收效率。乙烯在低磷诱导 的根毛发育中起重要作用, 但具体机制尚不清楚。刘 栋研究组利用正向遗传学方法, 筛选到1个根毛形成 过多的拟南芥突变体hps5。基因克隆表明, HPS5基 因编码乙烯受体ERS1。通过对hps5的转录组分析, 鉴定到1组与根毛发育相关的基因。进一步研究证明, 乙烯信号通路中的关键转录因子EIN3可直接结合到 这些根毛发育相关基因的启动子上, 对其进行转录调 控; 而且, 低磷胁迫可显著增加EIN3蛋白在细胞核内 的积累。据此, 该研究组提出一个工作模型, 即正常 生长条件下, 根表皮细胞里的乙烯含量较低, RSL4 等关键的转录因子触发并维持下游靶基因基础水平 的转录从而促进根毛的形成; 低磷条件下, 诱导增 加的EIN3蛋白同时结合到根毛发育相关基因的启动 子上, 进一步提高这些靶基因的表达水平, 从而增 加根毛的形成(Song et al., 2016a)。该工作模型为培 育高效吸收土壤养分的农作物新品种提供了理论依 据。 此外, 乙烯还可促进黄瓜心皮的发育, 抑制雄蕊 发育。ACC氧化酶(ACO)能将ACC转化成乙烯, 但对 ACO是否参与性别决定以及CsWIP1抑制雄蕊发育 的分子机制尚不清楚。陈惠明研究组与黄三文研究组 合作研究, 发现CsACO2基因突变使黄瓜仅发育雄 花。该突变破坏了CsACO2的活性, 导致茎顶端释放 的乙烯降低了50%。CsACO2主要在心皮原基中表达, 与CsACS1表达相互重叠。进一步研究表明, CsWIP1 能直接结合CsACO2的启动子抑制后者的表达(Chen et al., 2016b)。该研究揭示了CsWIP1通过抑制 CsACO2基因的表达, 降低黄瓜中乙烯的含量, 进而 调控黄瓜单性花发育的分子机制。 2.6 植物激素互作与调控网络 赤霉素和脱落酸是两种重要的植物激素, 拮抗调控多 种生理过程, 它们之间的平衡对植物发育至关重要。 侯兴亮研究组发现, 3个拟南芥核因子(NF-YC)同源蛋 白NF-YC3、NF-YC4和NF-YC9调控GA与ABA介导的 种子萌发, 并且三者之间的功能冗余。这些NF-YC蛋 白能与GA信号传递抑制子DELLA蛋白RGL2互作。 NF-YC-RGL2通过CCAAT特异元件与ABA信号传递 的核心组分ABI5结合, 共同调控一系列GA和ABA响 应基因, 从而控制种子萌发(Liu et al., 2016k)。该研 究表明, 在种子萌发过程中, NF-YC-RGL2-ABI5组合 是联系GA和ABA信号传递通路的关键纽带。 油菜素内酯和脱落酸在调控植物生长发育中发 挥不同作用, BR促进植物生长, 而面临逆境条件时 ABA使植物减慢或停止生长以抵御逆境胁迫。李来庚 研究组发现, 水稻OsREM4.1基因受到ABA信号诱导 高表达, 产生OsREM4.1蛋白, 与接收BR信号的复 合体OsSERK1蛋白结合, 使BR信号不能输出, 水稻 减慢或停止生长以抵御逆境。生长条件满足需要时, BR分子激活BR信号复合体, 使OsREM4.1磷酸化并 与OsSERK1分离, BR信号得以输出, 水稻进行正常 生长(Gui et al., 2016)。该研究为揭示BR和ABA协同 调控植物生长发育的分子机制提供了新线索, 对设计 和培育高产高抗水稻作物新品种具有重要的应用价 值。 拟南芥ORA47蛋白是含有AP2/ERF结构域的转 录因子, 能够调控茉莉酸的生物合成, 并能被甲基化 的JA诱导表达。林赞标研究组发现, ORA47能与ABI2 启动子中的cis元件(NC/GT) CGNCCA结合, 调节 ABI1-ORA47-ABI2的正反馈信号通路。ORA47参与9 种植物激素的生物合成或信号传递; 且在胁迫条件 下, 许多JA与ABA生物合成和信号传递相关基因是 ORA47的直接靶基因。与野生型相比, 在伤害诱导 下, P35S:ORA47-GR转基因植株中JA水平大幅提升, 而在水胁迫下仅小幅提升。伤害诱导会促进ABA积累, 而水胁迫抑制ABA产生(Chen et al., 2016c)。该研究 揭示了在植物遭受伤害或水胁迫时, ORA47会影响 JA和ABA的生物合成, 并通过调控一系列其它植物 激素的生物合成或信号传递来抵御胁迫。 © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany
王小菁等:2016年中国植物科学若干领域重要研究进展405 大量的研究表明,乙烯通过与生长素互作,抑制呤的自发光体形成。进一步分析表明,在叶表皮细胞 根系的发育。但到目前为止,关于其在初生根伸长过中,XDH1以氧化酶形式起作用,它可与 NADPH氧化 程中的作用仍不十分清楚。向成斌研究组以拟南芥为酶 RbohD和 RbohF歧化作用产生H2O2,H2O2的积累 材料对该问题进行了研究,发现乙烯信号下游AP2类可限制白粉菌的侵染。在叶肉细胞中,XDH1具有黄嘌 转录因子ERF1超表达植株和功能缺失突变体,表现昤呤脱氢酶活性,可清除H2O2( Ma et al.,2016b)。该研 出与乙烯信号突变体相似的根部发育表型。进一步研究揭示了ⅩDH1在叶片不同部位分别发挥产生和淸除 究表明,ERF1可通过直接结合ASA1启动子,正向调H2O2双重对立的功能,在拟南芥对白粉病的防御反 节ASA1的表达,进而影响生长素的积累 ( Mao et al,应中扮演着重要角色。 2016)。该研究揭示了在拟南芥中ERF1在乙烯诱导的 此外,董汉松研究组发现1个拟南芥水通道蛋白 初生根生长抑制中发挥了重要作用,并可作为初生根基因AtP∥P1;4在植物叶片中的表达可被细菌病原菌 伸长过程中乙烯和生长素间的串扰节点 诱导,并且这种表达伴随细胞质中H2O2的积累。生化 植物细胞具有全能性,能被诱导形成完整的植实验证明,APP14可介导外源施加的H2O2移位进入 株。生长素和细胞分裂素对于植物细胞脱分化形成愈酵母细胞的细胞质。AtP|P1;4这种转运H2O2的能力可 伤组织具有重要作用,但具体遗传机制仍不很清楚。使细胞质中H2O2的含量增加,从而激活系统获得性 miR160和生长素响应基因ARF10参与茎再生过程中抗性和PAMP诱导的抗性,进一步抑制细菌的致病 分生组织的形成,但mR160和ARF10是否也参与愈性。同时,AtPP1;4基因位点的缺失突变不仅能抵消 伤组织的形成有待解析。向凤宁研究组发现,突变形细胞质中病原菌和PAMP诱导的质外体H2O2,还能 的ARF10(mARF10)转基因植株外植体形成愈伤降低随后的免疫反应( Tian et al.,2016b)。该研究表 组织的产量和速度明显高于野生型;miR160c过表达明,AtPP1;4在抗病免疫途径的细胞质信号转导过程 及arf10、arf10a16突变体愈伤组织形成的产量和速中发挥重要作用。 度则较低。ARF10能直接结合乙烯诱导基因ARR15 另外,林宏辉研究组针对BR在植物系统病毒防 的启动子抑制其表达;ARR15功能缺失能促进愈伤组御中的作用展开了研究。他们发现对烟草基部叶片施 织的形成并可部分回复miR60c过表达引起的表型;加BR能诱发上部未施加BR叶片对病毒的防御,同时 而ARR15过表达可在一定程度上抑制mARF10过表H2O2和NO的含量上升;将上部叶片中积累的H2O2或 达引起的愈伤组织形成过快和过大。该研究表明,者№O清除,会阻断BR诱导的系统病毒防御。此外, miR160与ARF10拮抗调节植物愈伤组织的形成,BR激活的H2O2是NO合成所必需的,药物清除或采 ARR5则在两者的下游抑制愈伤组织的形成 Liu et用遗传学手段抑制H2O2产生会阻断NO的产生。进 al.,20160) 步研究表明,受体激酶BR1是BR介导的系统防御信 号传递的上游元件,将№bBR沉默会减弱BR诱导的 3逆境生物学 H2O2和NO含量上升( Deng et al.,2016b)。该研究找 到了一条能引发BR介导的系统病毒防御的H2O2和 31植物抗性与信号转导 NO信号传递途径。 3.1.1抗性信号通路 过氧化氢(HO2)是生物体内的一种ROs,是细胞有312抗性转录调控 氧代谢的产物,在各种胁迫下产生量增加。研究表明,由寄生型真菌病原菌 Blumeria graminis f.sp. tritici引l H2O2不仅具有损伤生物大分子从而毒害细胞的效应,起的白粉病对普通小麦的产量影响很大。然而,普通 还具有多种生理功能(如参与植物抗病反应的调节小麦对白粉病抗性的转录调控机制依然未知。孙加强 等),是一种重要的信号分子。熊兴耀研究组与国外科研究组鉴定出普通小麦 Mediator亚基 TaMED25的3 学家合作鉴定了3个黄嘌呤脱氢酶基因(XDH1)拟南个同源基因,分别定位于染色体5A、5B和5D上。当 芥缺失突变株系。这些株系的XDH1功能减弱,导致利用ⅥGS技术沉默 TaMED25时,普通小麦对白粉病 对RP8介导的白粉病抗性和叶肉细胞中富含黄嘌的抗性降低。此外, TaMED25在普通小麦和大麦中对 ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany
王小菁等: 2016 年中国植物科学若干领域重要研究进展 405 大量的研究表明, 乙烯通过与生长素互作, 抑制 根系的发育。但到目前为止, 关于其在初生根伸长过 程中的作用仍不十分清楚。向成斌研究组以拟南芥为 材料对该问题进行了研究, 发现乙烯信号下游AP2类 转录因子ERF1超表达植株和功能缺失突变体, 表现 出与乙烯信号突变体相似的根部发育表型。进一步研 究表明, ERF1可通过直接结合ASA1启动子, 正向调 节ASA1的表达, 进而影响生长素的积累(Mao et al., 2016)。该研究揭示了在拟南芥中ERF1在乙烯诱导的 初生根生长抑制中发挥了重要作用, 并可作为初生根 伸长过程中乙烯和生长素间的串扰节点。 植物细胞具有全能性, 能被诱导形成完整的植 株。生长素和细胞分裂素对于植物细胞脱分化形成愈 伤组织具有重要作用, 但具体遗传机制仍不很清楚。 miR160和生长素响应基因ARF10参与茎再生过程中 分生组织的形成, 但miR160和ARF10是否也参与愈 伤组织的形成有待解析。向凤宁研究组发现, 突变形 式的ARF10 (mARF10)转基因植株外植体形成愈伤 组织的产量和速度明显高于野生型; miR160c过表达 及arf10、arf10/arf16突变体愈伤组织形成的产量和速 度则较低。ARF10能直接结合乙烯诱导基因ARR15 的启动子抑制其表达; ARR15功能缺失能促进愈伤组 织的形成并可部分回复miR160c过表达引起的表型; 而ARR15过表达可在一定程度上抑制mARF10过表 达引起的愈伤组织形成过快和过大。该研究表明, miR160与ARF10拮抗调节植物愈伤组织的形成, ARR15则在两者的下游抑制愈伤组织的形成(Liu et al., 2016o)。 3 逆境生物学 3.1 植物抗性与信号转导 3.1.1 抗性信号通路 过氧化氢(H2O2)是生物体内的一种ROS, 是细胞有 氧代谢的产物, 在各种胁迫下产生量增加。研究表明, H2O2不仅具有损伤生物大分子从而毒害细胞的效应, 还具有多种生理功能(如参与植物抗病反应的调节 等), 是一种重要的信号分子。熊兴耀研究组与国外科 学家合作鉴定了3个黄嘌呤脱氢酶基因(XDH1)拟南 芥缺失突变株系。这些株系的XDH1功能减弱, 导致 对RPW8介导的白粉病抗性和叶肉细胞中富含黄嘌 呤的自发光体形成。进一步分析表明, 在叶表皮细胞 中, XDH1以氧化酶形式起作用, 它可与NADPH氧化 酶RbohD和RbohF歧化作用产生H2O2, H2O2的积累 可限制白粉菌的侵染。在叶肉细胞中, XDH1具有黄嘌 呤脱氢酶活性, 可清除H2O2 (Ma et al., 2016b)。该研 究揭示了XDH1在叶片不同部位分别发挥产生和清除 H2O2双重对立的功能, 在拟南芥对白粉病的防御反 应中扮演着重要角色。 此外, 董汉松研究组发现1个拟南芥水通道蛋白 基因AtPIP1;4在植物叶片中的表达可被细菌病原菌 诱导, 并且这种表达伴随细胞质中H2O2的积累。生化 实验证明, AtPIP1;4可介导外源施加的H2O2移位进入 酵母细胞的细胞质。AtPIP1;4这种转运H2O2的能力可 使细胞质中H2O2的含量增加, 从而激活系统获得性 抗性和PAMP诱导的抗性, 进一步抑制细菌的致病 性。同时, AtPIP1;4基因位点的缺失突变不仅能抵消 细胞质中病原菌和PAMP诱导的质外体H2O2, 还能 降低随后的免疫反应(Tian et al., 2016b)。该研究表 明, AtPIP1;4在抗病免疫途径的细胞质信号转导过程 中发挥重要作用。 另外, 林宏辉研究组针对BR在植物系统病毒防 御中的作用展开了研究。他们发现对烟草基部叶片施 加BR能诱发上部未施加BR叶片对病毒的防御, 同时 H2O2和NO的含量上升; 将上部叶片中积累的H2O2或 者NO清除, 会阻断BR诱导的系统病毒防御。此外, BR激活的H2O2是NO合成所必需的, 药物清除或采 用遗传学手段抑制H2O2产生会阻断NO的产生。进一 步研究表明, 受体激酶BRI1是BR介导的系统防御信 号传递的上游元件, 将NbBRI1沉默会减弱BR诱导的 H2O2和NO含量上升(Deng et al., 2016b)。该研究找 到了一条能引发BR介导的系统病毒防御的H2O2和 NO信号传递途径。 3.1.2 抗性转录调控 由寄生型真菌病原菌Blumeria graminis f. sp. tritici引 起的白粉病对普通小麦的产量影响很大。然而, 普通 小麦对白粉病抗性的转录调控机制依然未知。孙加强 研究组鉴定出普通小麦Mediator亚基TaMED25的3 个同源基因, 分别定位于染色体5A、5B和5D上。当 利用VIGS技术沉默TaMED25时, 普通小麦对白粉病 的抗性降低。此外, TaMED25在普通小麦和大麦中对 © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany
406植物学报52(4)2017 白粉病的抗性功能保守。 TaMED25蛋白与TaE1(拟早期,| bbhLh3bHLH3蛋白二聚体结合到Gbox 南芥 ETHYLENE INSENSITⅣVE3的同源蛋白,负调激活|bNAC1的表达,进而激活精细的抗性网络。到机 控普通小麦对白粉病的抗性)能够互作,从而影响械损伤后期, bbhlh4与丨bHLH3互作形成 Bhlh3- TaE1的转录激活活性。进一步研究表明, TaMED25bHLH4异源二聚体,竞争性地结合Gbox上bHL 与TaEL1能拮抗地激活 TaRa1的转录,进而抑制抗H3- behlE3的相应位点,从而抑制|bNAC1的表达, 病相关蛋白的表达和过氧化物的积累,调节普通小麦并立即终止抗性网络的运行。此外,茉莉酸途径和 对B. graminis t.sp. tritici的基础抗性( Liu et al.,|bEL1蛋白可与 behle3互作,在非机械损伤时抑制 2016g)。该研究揭示了 TaMED25-TaEL1 TaERF1后者的转录激活活性( Chen et al.,2016g)。该研究不 通路模块在普通小麦对白粉病抗性过程中的负调控但论述了准确开关 IbAC1表达调控损伤生理的调节 功能及分子机制。 机制,而且展现了一个精细的植物抗性调节网络。 虽然腐生型病原体会导致许多毁灭性的植物病 C2H2锌指蛋白家族是稻瘟菌转录因子中的第二 害,但人们对植物对这些疾病防御反应的理解十分有大家族,但是对于大多数C2H2转录因子在稻瘟菌发 限。余迪求研究组发现,WRKY57功能缺失突变体对育和致病性中的作用知之甚少。卢建平研究组探讨了 灰霉菌侵袭的抗性增强,且这种抗性调控依赖于茉莉47个C2H2基因在稻瘟菌发育和致病性中的作用,分 素信号。进一步研究发现,WRKY57与WRKY33竞争析了附着孢中依赖C2H2转录因子的基因。结果显示, 性地与∨Q蛋白SB1和SB2互作,并竞争性地调控茉44个C2H2基因与稻瘟菌的生长、产胞、附着孢产生 莉素激素信号途径关键抑制子JAZ1和JAZ5的表达,和致病性相关,其中VRF1基因对稻瘟菌致病性的形 从而在一定程度上阻断茉莉素信号并削弱WRKY33成很关键,它能控制附着孢的成熟;VRF2基因在植 对灰霉菌的抵抗能力 (Jiang and Yu,2016)。该研究揭物穿透和侵入生长过程中是必需的;产孢相关基因 示了wRKY57在植物抵抗灰霉菌侵袭中负调控作用CON7对孢子分化至关重要; MOCREA编码一个碳代 的分子机制,为改良植物抗腐殖性病原菌性状提供了谢抑制蛋白,是稻瘟菌葡萄糖获取过程中脂类代谢新 参考。 的抑制因子( Cao et al.,2016a)。该研究揭示了c2H2 正常条件下番茄的储藏蛋白主要存在于根中,但转录因子在稻瘟菌生长、无性发育、附着孢形成和致 当受到损伤时就会在叶片中大量合成,并参与对损伤病性产生等过程中的作用 的抗性反应。叶开温研究组在番茄储藏蛋白的启动子 水稻白叶枯是一种常见的由水稻白叶枯病菌引 区域鉴定到1个53bp的损伤反应顺式调控元件起的病害。WRKY45-1和WRKY452为WRKY45的2 (SWRE),该元件调控了植物对损伤的响应。酵母单个等位基因,它们的过表达植株对水稻白叶枯病菌感 杂交实验筛选发现,NAC家族转录因子 IbAC1可特染呈现相反的效应。与野生型水稻相比,WRKY45-1- 异性地结合到该元件上。在甘薯中过表达仇bNAC1会oe植株对水稻白叶枯病菌感染抗性减弱,WRKY4 提高储藏蛋白的含量,增强对斜纹夜蛾(Spρ odoptera2-∂e则抗性增强。王石平硏究组发现WRKγ45-1与 litura)的抗性。此外,研究还发现,bNAC1在茉莉酸WRKY452的一个明显差异是WRKY45-1的第1个内 响应的信号通路中具有多重生物学功能,如抑制根的含子中含有1个504bp的TE元件插入。该元件的存在 形成和RoS的过量积累等。该研究揭示了在甘薯中导致了两个等位基因过表达植株对水稻白叶枯病菌 A介导的损伤响应信号途径中|bNAC1作为一个关键抗性的差异。该TE元件能产生sRNA并通过RdDM途 转录因子参与了转录调控的重编码过程( Chen et al.,径抑制ST基因的表达。此外,ST被证明是水稻抗白叶 2016h)。在此基础上,该研究组进一步鉴定到1个从枯病菌途径中WRKY45的下游基因。这些结果共同揭 bNAC1启动子-1484bp到-1479bp的G-box损伤示了两个不同WRKY45-σe植株对水稻白叶枯病菌抗 顺式调控元件,该元件修饰调节|bNAC1介导的响应性差异的原因:WRKY451-0e中,TE元件也同时被过 过程。此外,从机械损伤激活转录组数据的筛选中发表达,ST基因被沉默,水稻白叶枯病菌抗性降低; 现,转录激活因子bHLH3和转录抑制因子bHLH4 WRKTY45-2oe中, WRKTY45过表达增强了ST基因 分别与|bNAC1的转录激活和抑制有关。在机械损伤的表达,水稻白叶枯病菌抗性增强( Zhang et al, ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany
406 植物学报 52(4) 2017 白粉病的抗性功能保守。TaMED25蛋白与TaEIL1 (拟 南芥ETHYLENE INSENSITIVE3的同源蛋白, 负调 控普通小麦对白粉病的抗性)能够互作, 从而影响 TaEIL1的转录激活活性。进一步研究表明, TaMED25 与TaEIL1能拮抗地激活TaERF1的转录, 进而抑制抗 病相关蛋白的表达和过氧化物的积累, 调节普通小麦 对B. graminis f. sp. tritici的基础抗性(Liu et al., 2016g)。该研究揭示了TaMED25-TaEIL1-TaERF1 通路模块在普通小麦对白粉病抗性过程中的负调控 功能及分子机制。 虽然腐生型病原体会导致许多毁灭性的植物病 害, 但人们对植物对这些疾病防御反应的理解十分有 限。余迪求研究组发现, WRKY57功能缺失突变体对 灰霉菌侵袭的抗性增强, 且这种抗性调控依赖于茉莉 素信号。进一步研究发现, WRKY57与WRKY33竞争 性地与VQ蛋白SIB1和SIB2互作, 并竞争性地调控茉 莉素激素信号途径关键抑制子JAZ1和JAZ5的表达, 从而在一定程度上阻断茉莉素信号并削弱WRKY33 对灰霉菌的抵抗能力(Jiang and Yu, 2016)。该研究揭 示了WRKY57在植物抵抗灰霉菌侵袭中负调控作用 的分子机制, 为改良植物抗腐殖性病原菌性状提供了 参考。 正常条件下番茄的储藏蛋白主要存在于根中, 但 当受到损伤时就会在叶片中大量合成, 并参与对损伤 的抗性反应。叶开温研究组在番茄储藏蛋白的启动子 区域鉴定到1个53 bp的损伤反应顺式调控元件 (SWRE), 该元件调控了植物对损伤的响应。酵母单 杂交实验筛选发现, NAC家族转录因子IbNAC1可特 异性地结合到该元件上。在甘薯中过表达IbNAC1会 提高储藏蛋白的含量, 增强对斜纹夜蛾(Spodoptera litura)的抗性。此外, 研究还发现, IbNAC1在茉莉酸 响应的信号通路中具有多重生物学功能, 如抑制根的 形成和ROS的过量积累等。该研究揭示了在甘薯中 JA介导的损伤响应信号途径中IbNAC1作为一个关键 转录因子参与了转录调控的重编码过程(Chen et al., 2016h)。在此基础上, 该研究组进一步鉴定到1个从 IbNAC1启动子–1 484 bp到–1 479 bp的G-box损伤 顺式调控元件, 该元件修饰调节IbNAC1介导的响应 过程。此外, 从机械损伤激活转录组数据的筛选中发 现, 转录激活因子IbbHLH3和转录抑制因子IbbHLH4 分别与IbNAC1的转录激活和抑制有关。在机械损伤 早期, IbbHLH3-IbbHLH3蛋白二聚体结合到G-box上 激活IbNAC1的表达, 进而激活精细的抗性网络。到机 械损伤后期, IbbHLH4与IbbHLH3互作形成IbbHLH3- IbbHLH4异源二聚体, 竞争性地结合G-box上IbbHLH3-IbbHLH3的相应位点, 从而抑制IbNAC1的表达, 并立即终止抗性网络的运行。此外, 茉莉酸途径和 IbEIL1蛋白可与IbbHLH3互作, 在非机械损伤时抑制 后者的转录激活活性(Chen et al., 2016g)。该研究不 但论述了准确开关IbNAC1表达调控损伤生理的调节 机制, 而且展现了一个精细的植物抗性调节网络。 C2H2锌指蛋白家族是稻瘟菌转录因子中的第二 大家族, 但是对于大多数C2H2转录因子在稻瘟菌发 育和致病性中的作用知之甚少。卢建平研究组探讨了 47个C2H2基因在稻瘟菌发育和致病性中的作用, 分 析了附着孢中依赖C2H2转录因子的基因。结果显示, 44个C2H2基因与稻瘟菌的生长、产胞、附着孢产生 和致病性相关, 其中VRF1基因对稻瘟菌致病性的形 成很关键, 它能控制附着孢的成熟; VRF2基因在植 物穿透和侵入生长过程中是必需的; 产孢相关基因 CON7对孢子分化至关重要; MoCREA编码一个碳代 谢抑制蛋白, 是稻瘟菌葡萄糖获取过程中脂类代谢新 的抑制因子(Cao et al., 2016a)。该研究揭示了C2H2 转录因子在稻瘟菌生长、无性发育、附着孢形成和致 病性产生等过程中的作用。 水稻白叶枯是一种常见的由水稻白叶枯病菌引 起的病害。WRKY45-1和WRKY45-2为WRKY45的2 个等位基因, 它们的过表达植株对水稻白叶枯病菌感 染呈现相反的效应。与野生型水稻相比, WRKY45-1- oe植株对水稻白叶枯病菌感染抗性减弱, WRKY45- 2-oe则抗性增强。王石平研究组发现WRKY45-1与 WRKY45-2的一个明显差异是WRKY45-1的第1个内 含子中含有1个504 bp的TE元件插入。该元件的存在 导致了两个等位基因过表达植株对水稻白叶枯病菌 抗性的差异。该TE元件能产生siRNA并通过RdDM途 径抑制ST基因的表达。此外, ST被证明是水稻抗白叶 枯病菌途径中WRKY45的下游基因。这些结果共同揭 示了两个不同WRKY45-oe植株对水稻白叶枯病菌抗 性差异的原因: WRKY45-1-oe中, TE元件也同时被过 表达, ST基因被沉默, 水稻白叶枯病菌抗性降低; WRKTY45-2-oe中, WRKTY45过表达增强了ST基因 的表达, 水稻白叶枯病菌抗性增强(Zhang et al., © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany
王小菁等:2016年中国植物科学若干领域重要研究进展407 2016h)。此外,该研究组还发现了水稻中2个选择性c-1和HC-15的表达。将这两个基因与对应mRNA 剪接的转录本OSDR1L以及OSDR1S,它们对Xoo配对的位点突变并转入黄萎病病菌中后,病菌的致病 ( anthomonas oryzae pv. oryzae)的抗性发挥了相能力明显增强。植物RDR1(RNA- DEPENDENT RNA 反的作用。OsDR1S过表达或OSDR1L的抑制表达, POLYMERASE1)蛋白在对抗病毒侵染中发挥重要作 均提高了水稻对×oo的抗性,并伴随着JA的积累和用,其主要影响病毒诱导的二级 SIRNAS的合成(zh- JA信号途径基因的上调。相反,抑制OsDR11S的表 ang et al,2016)。此外,颜永胜研究组发现,在水稻 达则降低了水稻对Xoo的抗性,同时伴随JA减少和中过表达 miRNA444 OSRDR1的表达上调,植株对 JA信号途径基因下调。体外实验表明,OsDR11L有自Rs∨( Rice stripe virus)的抗性增加。进一步研究表 身磷酸化活性,而OsDR11S没有。在OsDR11S存在明, mirNA444对 OSRDR1的影响是通过调控其靶基 时,OsDR1的自身磷酸化受到抑制,OSDR11S过因 OSMADS23、 OSMADS27a和 OSMADS57的表达 表达抑制OSDR11L的表达。OSDR11L似乎是抗Xoo来实现的。 OS MADS23、 OSMADS27a和 OS MADS57 的1个微效Q几L位点 Duan et al,2016a)。该研究表三个蛋白能形成同源或异源二聚体并结合到OsRD 明,OsDR11L是一个负调控因子,OSDR11S通过抑R1的启动子上进而抑制其表达。过表达抗mRNA444 制它在转录及蛋白激酶水平上的活性进而增强水稻的 OSMADS57的植株, OSRDR1表达降低,RSV抗性 对Xoo的抗性。 减弱。这些证据阐释了 miRNA444在RDR介导的植 之前早有报道,基因的选择性剪接能增加蛋白的物抵抗病毒途径中的作用机制( Wang et al,2016d)。 多样性,但会影响mRNA的稳定性。但是选择性剪接上述两项成果发现了植物抵御病菌和病毒侵染的新 的转录本如何发挥不同的功能,特别是在植物抗病方机制,为农作物抗病研究提供了重要信息。 面,仍然未知。郭泽建研究组发现, OSWRKY62与 OSWRKY76存在组成型和诱导型的可变剪接。在烟3.13抗性免疫反应 草叶片中,全长的 OSWRKY62.1与 OSWRKY76.1蛋植物病害发生是病原物侵染引起的。在植物-病原物 白能形成同源和异源复合体;且它们的水稻过表达转长期进化过程中,植物通过膜上受体(PRR)识别病原 化株系对真菌性的稻瘟病及细菌性的叶枯病感病性物相关分子模式(PAMP,激发自身免疫性(PT)。拟 增强,RNAi株系和缺失突变体则显示出较强的抗病南芥免疫受体FLS2可通过中央细胞质激酶BK亻感知 性。在 OSWRKY62和 OSWRKY76的双RNA沉默株系细菌鞭毛蛋白抗原决定簇ng22,从而激活防御反应, 中,抗病相关基因的表达量上调,同时植保素积累,异源三聚体G蛋白(包括非典型Gα蛋白ⅪLG2、Gβ蛋 该株系中两个基因全长与缩短转录本的比例在病原AGB1及GY蛋白AGG1和AGG2)是FLS2介导的免 菌侵染后发生了改变。缩短的 OSWRKY622和OsW疫反应所必需的,但具体机制还不清楚。周俭民研究 RKY762转录本除能自身互作外,还能与全长的转录组发现,XLG2、AGB和AGG12通过与FLS2BK1 本互作。在植物中, OSWRKY622表现出减弱的抑制受体复合物直接互作耦合,调节們22触发的免疫力。 子活性,在 OSWRKY621蛋白碳末端也鉴定到了对在被fg22激活之前,G蛋白可减弱B|K1的蛋白酶体依 其抑制子活性必需的2个序列。 OSWRKY62和os-赖性降解,从而确保最佳信号能力。在fg22刺激后 WRKY76可变剪接体的碳末端显示出对经典的W-ⅪLG2可与AGB1分离,诱导Gα从Gβ上解离。此外, bαx基序结合活性降低( (Liu et al,2016c)。这些结果不fng22激活可导致XLG2的N端被BK1磷酸化,这种磷 仅增强了人们对DNA结合活性、抑制子序列基序和酸化作用可积极地调节 RbohD依赖性ROS的产生 ∽RKY家族负反馈调节机制的理解,而且为MRKY家( Liang et al,2016b)。该研究阐明了G蛋白介导的 族转录因子在植物抗性反应中的可变剪接提供了证据。FLS2信号调控的两种不同机制。大麦的MLA受体能 棉花是重要的战略物资。棉花黄萎病是棉花最重介导对白粉病小种的特异性抗性。但MLA的稳态如何 要的病害。郭惠珊研究组发现,棉花在抵抗黄萎病病调控仍然未知。沈前华研究组鉴定到1个与MLA互作 菌侵染时能将两个 miRNA(mIRNA166和mRNA159)的R|NG型E3连接酶MR1。该酶能与多种MLAs互作, 输送到病菌菌丝中并分别沉默菌丝中两个重要基因并能在体外泛素化MLAs的氨基末端,促进其在体内 ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany
王小菁等: 2016 年中国植物科学若干领域重要研究进展 407 2016h)。此外, 该研究组还发现了水稻中2个选择性 剪接的转录本OsDR11L以及OsDR11S, 它们对Xoo (Xanthomonas oryzae pv. oryzae)的抗性发挥了相 反的作用。OsDR11S过表达或OsDR11L的抑制表达, 均提高了水稻对Xoo的抗性, 并伴随着JA的积累和 JA信号途径基因的上调。相反, 抑制OsDR11S的表 达则降低了水稻对Xoo的抗性, 同时伴随JA减少和 JA信号途径基因下调。体外实验表明, OsDR11L有自 身磷酸化活性, 而OsDR11S没有。在OsDR11S存在 时, OsDR11L的自身磷酸化受到抑制, OsDR11S过 表达抑制OsDR11L的表达。OsDR11L似乎是抗Xoo 的1个微效QTL位点(Duan et al., 2016a)。该研究表 明, OsDR11L是一个负调控因子, OsDR11S通过抑 制它在转录及蛋白激酶水平上的活性进而增强水稻 对Xoo的抗性。 之前早有报道, 基因的选择性剪接能增加蛋白的 多样性, 但会影响mRNA的稳定性。但是选择性剪接 的转录本如何发挥不同的功能, 特别是在植物抗病方 面, 仍然未知。郭泽建研究组发现, OsWRKY62与 OsWRKY76存在组成型和诱导型的可变剪接。在烟 草叶片中, 全长的OsWRKY62.1与OsWRKY76.1蛋 白能形成同源和异源复合体; 且它们的水稻过表达转 化株系对真菌性的稻瘟病及细菌性的叶枯病感病性 增强, RNAi株系和缺失突变体则显示出较强的抗病 性。在OsWRKY62和OsWRKY76的双RNAi沉默株系 中, 抗病相关基因的表达量上调, 同时植保素积累, 该株系中两个基因全长与缩短转录本的比例在病原 菌侵染后发生了改变。缩短的OsWRKY62.2和OsWRKY76.2转录本除能自身互作外, 还能与全长的转录 本互作。在植物中, OsWRKY62.2表现出减弱的抑制 子活性, 在OsWRKY62.1蛋白碳末端也鉴定到了对 其抑制子活性必需的2个序列。OsWRKY62和OsWRKY76可变剪接体的碳末端显示出对经典的Wbox基序结合活性降低(Liu et al., 2016c)。这些结果不 仅增强了人们对DNA结合活性、抑制子序列基序和 WRKY家族负反馈调节机制的理解, 而且为WRKY家 族转录因子在植物抗性反应中的可变剪接提供了证据。 棉花是重要的战略物资。棉花黄萎病是棉花最重 要的病害。郭惠珊研究组发现, 棉花在抵抗黄萎病病 菌侵染时能将两个miRNA (miRNA166和miRNA159) 输送到病菌菌丝中并分别沉默菌丝中两个重要基因 Clp-1和HiC-15的表达。将这两个基因与对应miRNA 配对的位点突变并转入黄萎病病菌中后, 病菌的致病 能力明显增强。植物RDR1 (RNA-DEPENDENT RNA POLYMERASE1)蛋白在对抗病毒侵染中发挥重要作 用, 其主要影响病毒诱导的二级siRNAs的合成(Zhang et al., 2016r)。此外, 颜永胜研究组发现, 在水稻 中过表达miRNA444, OsRDR1的表达上调, 植株对 RSV (Rice stripe virus)的抗性增加。进一步研究表 明, miRNA444对OsRDR1的影响是通过调控其靶基 因OsMADS23、OsMADS27a和OsMADS57的表达 来实现的。OsMADS23、OsMADS27a和OsMADS57 三个蛋白能形成同源或异源二聚体并结合到OsRDR1的启动子上进而抑制其表达。过表达抗miRNA444 的OsMADS57的植株, OsRDR1表达降低, RSV抗性 减弱。这些证据阐释了miRNA444在RDR1介导的植 物抵抗病毒途径中的作用机制(Wang et al., 2016d)。 上述两项成果发现了植物抵御病菌和病毒侵染的新 机制, 为农作物抗病研究提供了重要信息。 3.1.3 抗性免疫反应 植物病害发生是病原物侵染引起的。在植物-病原物 长期进化过程中, 植物通过膜上受体(PRR)识别病原 物相关分子模式(PAMP), 激发自身免疫性(PTI)。拟 南芥免疫受体FLS2可通过中央细胞质激酶BIK1感知 细菌鞭毛蛋白抗原决定簇flg22, 从而激活防御反应。 异源三聚体G蛋白(包括非典型Gα蛋白XLG2、Gβ蛋 白AGB1及Gγ蛋白AGG1和AGG2)是FLS2介导的免 疫反应所必需的, 但具体机制还不清楚。周俭民研究 组发现, XLG2、AGB1和AGG1/2通过与FLS2-BIK1 受体复合物直接互作耦合, 调节flg22触发的免疫力。 在被flg22激活之前, G蛋白可减弱BIK1的蛋白酶体依 赖性降解, 从而确保最佳信号能力。在flg22刺激后, XLG2可与AGB1分离, 诱导Gα从Gβγ上解离。此外, flg22激活可导致XLG2的N端被BIK1磷酸化, 这种磷 酸化作用可积极地调节RbohD依赖性ROS的产生 (Liang et al., 2016b)。该研究阐明了G蛋白介导的 FLS2信号调控的两种不同机制。大麦的MLA受体能 介导对白粉病小种的特异性抗性。但MLA的稳态如何 调控仍然未知。沈前华研究组鉴定到1个与MLA互作 的RING型E3连接酶MIR1。该酶能与多种MLAs互作, 并能在体外泛素化MLAs的氨基末端, 促进其在体内 © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany
408植物学报52(4)2017 和体外降解。在大麦转基因株系中,蛋白酶抑制剂处物抗病性丧失的机制还报道较少。廖金玲研究组与国 理和ⅥGS介导的MR1基因沉默都能显著增加MLA外科学家合作在线虫中发现了一个新的可抑制植物 的丰度。同时,大麦中MR1的过表达能特异性地显著免疫应答的效应子 MjTTL5。该效应子在爪哇根结线 降低MLA介导的抗病性;而烟草中,M|R1和MLA10虫( Meloidogyne javanica)早期寄生阶段特异性表达 共表达将衰减MLA10诱导的细胞死亡信号 Wang et拟南芥的MTTL5基因过表达株系比野生型更容易被 al,2016)。该研究揭示了MLA免疫受体稳态控制以线虫寄生,而MTT5基因的RNA株系对线虫的抗性 及RING型E3连接酶通过泛素化酶体系统衰减MLA介增强。后续实验证实, MjTTL5可特异性地与酵母铁氧 导的抗性通路的机制 还原蛋白的催化亚基 AtFTRc互作。在植物体内,两者 CWP2是镰刀菌的一种特异性抗体,能对镰刀菌的这种互作能显著提高寄主清除ROS的能力,最终 产生持久抗性。然而,CWP2的天然靶标还未找到。抑制植物的基础抗性,使线虫更容易侵染植物(Liet 廖玉才研究组通过对镰刀菌 Fusarium细胞璧蛋白双a,2016a)。该研究揭示了线虫可巧妙利用寄主的铁 电泳结果进行免疫组化和质谱分析,证实一个定位氧还原蛋白降低植物的抗性,是一种促进线虫寄生的 在细胞质膜上的乙二醛氧化酶(GLX)是CWP2的抗新机制。此外,陈功友研究组进行了类似研究。他们 原。GLX能高效地催化H2O2产生,而这种酶的催化活探讨了水稻黄单胞杆菌 TALES的截短版本订ALEs对 性能特异地被CwP2抗体抑制。GL缺失的镰刀霉株水稻抗性基因a1的干扰,揭示了细菌致病效应因子 系Fg、F. verticillioides(F)和F. oxysporum对植物的进化出干扰植物抗性及促进病菌感染的机制( i et al 毒力显著降低。同时,Fg以及F株系的毒素积累显著2016)。该研究结果为进一步利用Xa1抗病基因培育 减少,毒素代谢关键基因的表达也下调( Song et al,广谱抗病性水稻奠定了理论基础 2016c)。该研究成功解析了cWP2的抗病机理,为广 泛应用这个抗体基因和抗原靶点控制赤霉病及其它3.14抗性防御与病毒诱导的基因沉默系统 镰刀菌引起的病害提供了依据。 茉莉素是调控植物对病原菌侵袭的重要激素。 植物受病原菌的诱导会向质外体中分泌大量的 miRNAs是参与植物生长发育和宿主-病毒互作反应 蛋白,对这些蛋白进行检测将有助于我们深入理解植的关键调节因子。吴祖建和吴建国研究组的工作表明, 物免疫的分子机制。夏桂先研究组分析了陆生棉黄枯水稻矮化病毒(RRSV诱导的 miRNA319通过抑制JA 病抗性品种Hai7124在接种黄枯病病原菌 Verticilliun反应促进病毒感染和病症的发展。RRSV感染促进 dahliae后,根部质外体中分泌蛋白组的变化,鉴定到 miRNA319在水稻中积累,降低 miRNA319调节的 68个显著改变的位点。功能注释表明,大部分差异蛋TCP基因尤其是TCP21的表达。mRNA319的过表达 白都与过氧化物的代谢和抗性反应有关。在与过氧化植物或是TCP21基因下调植物都表现出RRSV感染 物相关的蛋白中,进一步鉴定了1个在接种V. dahliae的类似表型,并且对RRsV更易感。而TCP21过表达 后含量显著增加的硫氧化还原蛋白 GbNRX1,该蛋白植物感染RRSV后仅表现出微弱的病症。RRSV感染 在V. dahliae接种后的质外体中过氧化物爆发后的清和 miRNA319过表达都能抑制茉莉素合成基因和信 除过程中起作用。 GbNRX1的沉默引起了质外体中过号相关基因的表达,从而降低植物体茉莉素的含量, 氧化物清除缺陷,导致质体中过氧化物积累,使外施茉莉酸甲酯则能够减轻水稻的RRS∨感染症状 GbNRX1沉默植株的抗性降低( Li et al.,20160)。该研( Zhang et al,2016d)。该研究为揭示mRNA319和JA 究表明,病原菌侵染时,质外体中发生了过氧化物的拮抗调控植物抗病毒反应机制提供了新线索。 产生和清除,同时由 GbNRX1引起的快速氧化还原平 与经典的CC-NB-LRR抗性蛋白不同,番茄抗性 衡维持了过氧化物爆发后的稳定,这对于质外体的免蛋白SW5b有一个额外的N末端功能域(NTD)。为了理 疫非常重要 解NTD、CC及 NB-LRR调控SW5b的自我抑制和激活 为了克服植物激发的自身免疫性(PT),病原物机制,陶小荣研究组对SW5b蛋白的每个功能域均进 产生大量的效应蛋白。但至今,有关病原物产生新的行了解析。在无病毒性诱导因子时,Sw5b的LRR功 效应蛋白克服植物效应子触发免疫(ET),从而使植能域通过抑制中间的 NB-ARC功能域来维持 NB-LRR ⊙植物学报 Chinese Bulletin of Botany
408 植物学报 52(4) 2017 和体外降解。在大麦转基因株系中, 蛋白酶抑制剂处 理和VIGS介导的MIR1基因沉默都能显著增加MLA 的丰度。同时, 大麦中MIR1的过表达能特异性地显著 降低MLA介导的抗病性; 而烟草中, MIR1和MLA10 共表达将衰减MLA10诱导的细胞死亡信号(Wang et al., 2016l)。该研究揭示了MLA免疫受体稳态控制以 及RING型E3连接酶通过泛素化酶体系统衰减MLA介 导的抗性通路的机制。 CWP2是镰刀菌的一种特异性抗体, 能对镰刀菌 产生持久抗性。然而, CWP2的天然靶标还未找到。 廖玉才研究组通过对镰刀菌Fusarium细胞壁蛋白双 向电泳结果进行免疫组化和质谱分析, 证实一个定位 在细胞质膜上的乙二醛氧化酶(GLX)是CWP2的抗 原。GLX能高效地催化H2O2产生, 而这种酶的催化活 性能特异地被CWP2抗体抑制。GLX缺失的镰刀霉株 系Fg、F. verticillioides (Fv)和F. oxysporum对植物的 毒力显著降低。同时, Fg以及Fv株系的毒素积累显著 减少, 毒素代谢关键基因的表达也下调(Song et al., 2016c)。该研究成功解析了CWP2的抗病机理, 为广 泛应用这个抗体基因和抗原靶点控制赤霉病及其它 镰刀菌引起的病害提供了依据。 植物受病原菌的诱导会向质外体中分泌大量的 蛋白, 对这些蛋白进行检测将有助于我们深入理解植 物免疫的分子机制。夏桂先研究组分析了陆生棉黄枯 病抗性品种Hai7124在接种黄枯病病原菌Verticillium dahliae后, 根部质外体中分泌蛋白组的变化, 鉴定到 68个显著改变的位点。功能注释表明, 大部分差异蛋 白都与过氧化物的代谢和抗性反应有关。在与过氧化 物相关的蛋白中, 进一步鉴定了1个在接种V. dahliae 后含量显著增加的硫氧化还原蛋白GbNRX1, 该蛋白 在V. dahliae接种后的质外体中过氧化物爆发后的清 除过程中起作用。GbNRX1的沉默引起了质外体中过 氧化物清除缺陷, 导致质体中过氧化物积累, 使 GbNRX1沉默植株的抗性降低(Li et al., 2016o)。该研 究表明, 病原菌侵染时, 质外体中发生了过氧化物的 产生和清除, 同时由GbNRX1引起的快速氧化还原平 衡维持了过氧化物爆发后的稳定, 这对于质外体的免 疫非常重要。 为了克服植物激发的自身免疫性(PTI), 病原物 产生大量的效应蛋白。但至今, 有关病原物产生新的 效应蛋白克服植物效应子触发免疫(ETI), 从而使植 物抗病性丧失的机制还报道较少。廖金玲研究组与国 外科学家合作在线虫中发现了一个新的可抑制植物 免疫应答的效应子MjTTL5。该效应子在爪哇根结线 虫(Meloidogyne javanica)早期寄生阶段特异性表达。 拟南芥的MjTTL5基因过表达株系比野生型更容易被 线虫寄生, 而MjTTL5基因的RNAi株系对线虫的抗性 增强。后续实验证实, MjTTL5可特异性地与酵母铁氧 还原蛋白的催化亚基AtFTRc互作。在植物体内, 两者 的这种互作能显著提高寄主清除ROS的能力, 最终 抑制植物的基础抗性, 使线虫更容易侵染植物(Lin et al., 2016a)。该研究揭示了线虫可巧妙利用寄主的铁 氧还原蛋白降低植物的抗性, 是一种促进线虫寄生的 新机制。此外, 陈功友研究组进行了类似研究。他们 探讨了水稻黄单胞杆菌TALEs的截短版本iTALEs对 水稻抗性基因Xa1的干扰, 揭示了细菌致病效应因子 进化出干扰植物抗性及促进病菌感染的机制(Ji et al., 2016)。该研究结果为进一步利用Xa1抗病基因培育 广谱抗病性水稻奠定了理论基础。 3.1.4 抗性防御与病毒诱导的基因沉默系统 茉莉素是调控植物对病原菌侵袭的重要激素。 miRNAs是参与植物生长发育和宿主-病毒互作反应 的关键调节因子。吴祖建和吴建国研究组的工作表明, 水稻矮化病毒(RRSV)诱导的miRNA319通过抑制JA 反应促进病毒感染和病症的发展。RRSV感染促进 miRNA319在水稻中积累, 降低miRNA319调节的 TCP基因尤其是TCP21的表达。miRNA319的过表达 植物或是TCP21基因下调植物都表现出RRSV感染 的类似表型, 并且对RRSV更易感。而TCP21过表达 植物感染RRSV后仅表现出微弱的病症。RRSV感染 和miRNA319过表达都能抑制茉莉素合成基因和信 号相关基因的表达, 从而降低植物体茉莉素的含量, 外施茉莉酸甲酯则能够减轻水稻的RRSV感染症状 (Zhang et al., 2016d)。该研究为揭示miRNA319和JA 拮抗调控植物抗病毒反应机制提供了新线索。 与经典的CC-NB-LRR抗性蛋白不同, 番茄抗性 蛋白Sw-5b有一个额外的N末端功能域(NTD)。为了理 解NTD、CC及NB-LRR调控Sw-5b的自我抑制和激活 机制, 陶小荣研究组对Sw-5b蛋白的每个功能域均进 行了解析。在无病毒性诱导因子时, Sw-5b的LRR功 能域通过抑制中间的NB-ARC功能域来维持NB-LRR © 植物学报 Chinese Bulletin of Botany