近日，西北農林科技大學農學院教授單衛(wèi)星團隊在國際期刊Plant Journal發(fā)表研究論文。研究揭示了半胱氨酸蛋白酶RD19C通過降解銅伴侶蛋白ATX1抑制植物疫霉菌抗性的分子機制，為作物抗病育種提供了新靶點。該院2020級博士研究生董婧雯為論文第一作者，單衛(wèi)星為論文通訊作者。
疫霉菌是威脅全球作物生產的毀滅性病原，其引發(fā)的馬鈴薯晚疫病、番茄疫霉根腐病等每年造成數(shù)百億美元損失。農學院團隊長期聚焦作物抗逆機制研究，此次研究進一步發(fā)現(xiàn)，植物半胱氨酸蛋白酶RD19C，可通過降解自身植物內源底物，破壞植物自身免疫防線。
西北農林科技大學供圖。
研究團隊通過分子遺傳學、生物化學及細胞生物學技術，發(fā)現(xiàn)擬南芥半胱氨酸蛋白酶RD19C在疫霉菌侵染時被顯著誘導表達，且其過表達植株對疫霉菌的感病性顯著增強。進一步研究揭示，RD19C通過其酶活功能直接切割銅伴侶蛋白ATX1，導致ATX1蛋白穩(wěn)定性下降。ATX1 為銅離子轉運的關鍵因子，其缺失影響了乙烯受體ETR1的激活，從而抑制乙烯（ET）信號通路，最終削弱植物對疫霉菌的基礎抗性。
團隊通過免疫共沉淀-質譜（Co-IP-MS）和熒光素酶互補及免疫共沉淀實驗，鑒定到RD19C與ATX1的穩(wěn)定互作。atx1的T-DNA插入突變體植株表現(xiàn)出與RD19C過表達株系類似的感病表型，而過表達 ATX1表現(xiàn)出增強的植株抗性，驗證了該調控通路的生物學功能。
該研究闡明了植物半胱氨酸蛋白酶作為“負調控因子”參與疫霉菌感病性的新機制，填補了植物-卵菌互作領域的理論空白。揭示了蛋白酶通過調控銅離子轉運和激素通路參與免疫應答的新機制，為理解疫霉菌致病機制提供了全新視角。在應用層面，研究團隊發(fā)現(xiàn)RD19C基因的敲除或沉默可顯著增強擬南芥和馬鈴薯對疫霉菌的抗性，且不影響植株正常生長。
該研究工作得到國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系、國家自然科學基金以及國家外國專家局高等學校學科創(chuàng)新引智計劃的資助。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.70120
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