华中农业大学揭示稻曲菌分泌枯草杆菌蛋白酶抑制水稻免疫的分子机制

　　近日，华中农业大学植物科学技术学院黄俊斌教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“A secreted fungal subtilase interferes with rice immunity via degradation of SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1”的研究论文，研究揭示了稻曲菌分泌枯草杆菌蛋白酶靶向降解水稻广谱抗病正调控因子OsSGT1以抑制寄主抗性的分子机制。

 

　　稻曲病是水稻生产上的主要病害之一。在我国，稻曲病发生尤为严重，年均造成2.5亿公斤的稻米损失，且产生的稻曲菌毒素对动物细胞和器官有潜在毒性，严重威胁我国粮食安全。培育和利用抗病品种是作物病害防控、维持农业绿色持续发展最经济、有效的手段，但现阶段抗稻曲病品种和基因资源严重缺乏，还未发现可利用的天然抗源。因此，深入解析稻曲菌侵染机制及其与水稻的互作机理，可为水稻抗稻曲病品种的遗传改良提供理论依据和重要资源。枯草杆菌蛋白酶是一类重要的丝氨酸蛋白酶，广泛存在于真核和原核生物中，参与多种生物学功能。已有研究表明，病原真菌中的枯草杆菌蛋白酶与病菌本身的生长、产孢、自噬、脂质代谢及致病力等功能相关；然而，枯草杆菌蛋白酶在病原菌与植物互作过程中的分子调控机制仍不清楚。

 

　　研究表明，稻曲菌分泌性的枯草杆菌蛋白酶UvPr1a在花器定殖不同阶段显著上调表达，敲除UvPr1a可显著减低稻曲菌致病力；进一步研究发现，UvPr1a是一种定位于植物细胞质的毒力效应蛋白，能够抑制Bax诱导的植物细胞死亡。在水稻中外源表达UvPr1a降低了水稻对稻曲病、稻瘟病、水稻纹枯病和水稻白叶枯病的抗病性，而靶向UvPr1a进行寄主诱导的基因沉默增强了水稻的抗病能力。通过筛库和一系列互作试验发现UvPr1a与水稻重要免疫调控因子OsSGT1（SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1）在植物细胞质中互作；部分敲除OsSGT1导致水稻对稻曲病、稻瘟病、水稻纹枯病和水稻白叶枯病的抗性减弱，过表达OsSGT1可显著提高水稻广谱抗病性。体内和体外试验证实，UvPr1a蛋白可直接降解水稻OsSGT1蛋白，异源表达UvPr1a水稻中OsSGT1蛋白含量降低。该研究揭示了稻曲菌分泌枯草杆菌蛋白酶UvPr1a靶向降解水稻免疫调控因子OsSGT1从而抑制寄主抗性的分子机制，发现OsSGT1具有遗传改良水稻抗稻曲病及广谱抗性的潜力。

 

　　植物科学技术学院博士生陈晓洋和硕士生李夏冰为论文的共同第一作者，郑露副教授为通讯作者。我校黄俊斌教授、罗朝喜教授、陈小林教授、谢卡斌教授、李国田教授、刘浩副教授、阴伟晓副教授、博士生段宇航、硕士生裴张新以及加拿大圭尔夫大学Tom Hsiang教授参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金、湖北省重点研发计划重点项目、华中农业大学自主科技创新基金的资助。

 

　　【英文摘要】

 

　　Serine protease subtilase, found widely in both eukaryotes and prokaryotes, participates in various biological processes. However, how fungal subtilase regulates plant immunity is a major concern. Here, we identified a secreted fungal subtilase, UvPr1a, from the rice false smut （RFS） fungus Ustilaginoidea virens. We characterized UvPr1a as a virulence effector localized to the plant cytoplasm that inhibits plant cell death induced by Bax. Heterologous expression of UvPr1a in rice （Oryza sativa） enhanced plant susceptibility to rice pathogens. UvPr1a interacted with the important rice protein OsSGT1 （SUPPRESSOR OF G2 ALLELE OF skp1）， a positive regulator of innate immunity against multiple rice pathogens, degrading OsSGT1 in a protease activity–dependent manner. Furthermore, host-induced gene silencing of UvPr1a compromised disease resistance of rice plants. Our work reveals a previously uncharacterized fungal virulence strategy in which a fungal pathogen secretes a subtilase to interfere with rice immunity through degradation of OsSGT1, thereby promoting infection. These genetic resources provide tools for introducing RFS resistance and further our understanding of plant-pathogen interactions.

 

　　论文链接：https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiac334/6647860?searchresult=1