人才强校 | 植保学院周涛团队在病毒抑制玉米抗性机制方面取得新进展

近日,植物保护学院周涛教授团队在期刊《公共科学图书馆-病原体》期刊(PloS Pathogens)上发表了题为《甘蔗花叶病毒的NIa-Pro靶向玉米半胱氨酸蛋白酶1(CCP1),破坏水杨酸介导的防御》(NIa-Pro of sugarcane mosaic virus targets Corn Cysteine Protease 1 (CCP1) to undermine salicylic acid-mediated defense in maize)的研究论文。该工作鉴定了玉米中的类木瓜氨酸蛋白酶CCP1在抵抗甘蔗花叶病毒侵染中通过水杨酸信号途径发挥抗性作用,并揭示了病毒编码蛋白与之互作从而抑制玉米抗性的作用机理。

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玉米矮花叶病是全世界玉米产区发生最为普遍的一种病毒病。在我国、欧洲、南美和非洲,甘蔗花叶病毒(sugarcane mosaic virus, SCMV) 是玉米矮花叶病的主要病原。研究SCMV侵染致病的机制对于理解主要作物病毒病发生和防控具有重要的科学意义和实践价值。

类木瓜蛋白酶(PLCPs)在植物防御病原侵染中发挥着重要作用。已有报道病原物可以分泌效应蛋白靶向和抑制PLCP活性,但对PLCP在植物—病毒相互作用中的作用以及病毒如何抑制PLCP活性的机制知之甚少。本研究发现玉米PLCP CCP1(Corn Cysteine Protease)的表达和活性在甘蔗花叶病毒(SCMV)侵染后发生上调。瞬时沉默CCP1降低了PLCP降低,促进了SCMV侵染;同时,水杨酸(SA)水平降低,并抑制了SA响应的病原相关基因的表达,表明CCP1在SA信号通路中发挥重要作用。

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图1. 在玉米植株中沉默CCP1基因使得SCMV的积累水平增高

发现SCMV的主要蛋白酶NIa-Pro与CCP1发生相互作用,并抑制CCP1蛋白酶活性。NIa-Pro中有一个被称为抑制子基序的特定基序被鉴定为与CCP1互作以及抑制CCP1酶活性的关键模体。NIa-Pro和CCP1发生互作的关键氨基酸对于SCMV的侵染至关重要。这些结果表明SCMV通过NIa-Pro与CCP1相互作用削弱了玉米的防御。

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图2. 鉴定与CCP1相互作用的NIa-Pro的关键氨基酸

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图3.NIa-Pro截短突变体、关键氨基酸突变体NIa-ProK230A,D234A降低了SCMV在玉米中侵染

中国农业大学植物保护学院已毕业博士生袁雯和在校博士生陈曦为该论文共同第一作者,周涛教授为通讯作者,博士后杜开通,已毕业博士生姜彤,硕士生李梦菲,范在丰教授,河南省农业科学院作物研究所曹言勇研究员、山东农业大学植物保护学院学院李向东教授、德国科隆大学植物科学研究所和植物科学卓越中心(CEPLAS)Gunther Doehlemann教授为论文做出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金、重点研发计划以及中国教育部111计划项目的资助。

论文网址:https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1012086

供稿:植保学院

供图:植保学院

编辑:李杨

责编:孟祥慈

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