大麦与白粉菌互作过程中HvPCA1/2的功能及其表达调控的研究

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植物受体蛋白识别病原微生物模式分子或无毒效应蛋白引发本底抗性或小种专化抗性。大麦MLA是NLR(NOD-like receptor)类型的抗病蛋白,识别大麦白粉菌效应蛋白AvrMLA,激活下游免疫反应。MLA通过与大麦抗病负调转录因子WRKY1/2相互作用,抑制WRKY1/2的功能,进而调控核内转录重编程,促进防御相关基因的转录。前期本实验室通过对转基因大麦植株中的WRKY2-3HA结合位点进行ChIP-seq深度测序,发现HvPCA1是WRKY2的潜在靶标。同时,大麦接种白粉菌材料的小RNA深度测序数据表明,miR1432表达水平受菌诱导显著上升,HvPCA1及其同源基因HvPCA2的表达可能受到miR1432的负调控。这两方面的结果暗示了HvPCA1和HvPCA2与大麦白粉病抗性之间存在着紧密的联系。本研究中,我们对大麦免疫反应过程中HvPCA1、HvPCA2在转录及转录后水平受到的调控进行了研究,并分析了它们的功能。  实验结果表明HvPCA1和HvPCA2主要定位在细胞质膜上。酵母钙泵突变体K616互补实验表明,HvPCA1在酵母中有钙泵活性,而HvPCA2无明显钙泵活性。功能鉴定结果证明,瞬时沉默HvPCA1显著降低了大麦的本底抗性和小种专化抗性,沉默HvPCA2对抗性影响不显著。在亲和及非亲和病原菌侵染的早期,HvPCA1和HvPCA2表达水平受诱导升高;在非亲和病原菌侵染的后期(16~24h),HvPCA1表达水平受Mla介导的非亲和免疫反应诱导升高,而HvPCA2的表达不受诱导。通过酵母单杂交、ChIP-qPCR和EMSA实验验证,WRKY2在体内、体外结合HvPCA1启动子,酵母单杂交和ChIP-seq实验数据表明WRKY2不结合HvPCA2启动子。本生烟LUC瞬时表达系统和大麦WRKY2稳定过表达植株中,WRKY2都显著地抑制HvPCA1的转录。在大麦WRKY2稳定过表达植株原生质体中瞬时过表达MLA10D502V,解除WRKY2对HvPCA1的抑制,并且HvP CA1的表达水平显著升高。亲和及非亲和白粉菌处理后,利用stem-loop qRT-PCR检测miR1432表达谱,结果表明miR1432受菌诱导表达水平显著上升。大麦原生质体和本生烟瞬时共表达实验证明,HvPCA1和HvPCA2蛋白积累受到miR1432的显著抑制。本生烟瞬时共表达体系中过表达miR1432,同时检测HvPCA1/2蛋白积累水平和mRNA积累水平,结果表明miR1432通过翻译抑制调控HvPCA1,而通过切割降解转录本调控HvPC42。靶标位置单碱基突变实验结果表明,这种调控方式的差异依赖于miR14325端第一位碱基与靶标位点的互补性。功能鉴定实验证明,瞬时过表达miR1432降低了大麦的本底抗性和小种专化抗性。
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