揭示新作用模式調控對銹病的防御反應（2020.9.5 西北農林大學）

近日，New Phytologist在線發(fā)表了西北農林科技大學旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室植物免疫團隊、美國蒙大拿州立大學黃俐教授和澳大利亞CSIRO Evans Lagudah院士三個團隊合作發(fā)表的題為“A new mode of NPR1 action via an NB-ARC-NPR1 fusion protein negatively regulates defense response to stem rust pathogen in wheat”的文章，報道揭示了一種新的NPR1作用模式。

NPR1最早被發(fā)現(xiàn)在擬南芥模型植物中正向調控SA信號通路中病程相關蛋白（PR）基因的表達。之所以命名為NPR1是因為沒有該基因的功能則沒有SA信號通路的PR基因的表達。此外，NPR1在系統(tǒng)獲得抗性（SAR）以及SA和JA兩個信號途徑的轉換上都起著重要作用。

作者的研究揭示了NPR1類似蛋白在重要的農作物小麥對銹菌防御反應中的功能和作用方式。普通小麥是異源六倍體，其染色體組來自三個不同的基因組，分為7個同源群，通過染色體定位和生物信息學分析，我們發(fā)現(xiàn)在普通小麥中有9個NPR1類型的基因。其中6個位于同源群3染色體上（TaG3NPR1），3個位于同源群7染色體上（TaG7NPR1）。9個TaNPR1基因中，4個TaG3NPR1編碼的蛋白與擬南芥的NPR1蛋白相似，其余的TaNPR1基因編碼的蛋白除了帶有標志性的NPR1保守結構域外，還在蛋白的C-端融合了其它功能域，比如同源群3上含有Kinase激酶功能域和同源群7上含有NB-ARC功能結構域。

綜合反向遺傳學、表型分析和基因表達定量分析的結果，我們發(fā)現(xiàn)TaG3NPR1擔負著與擬南芥NPR1相似的功能-調控SA信號通路中PR基因的表達。同時，也驚喜的發(fā)現(xiàn)7A染色體上的NPR1基因（Ta7ANPR1）有著與已知NPR1不同的作用模式。

Ta7ANPR1基因轉錄的mRNA在小麥處于無生物脅迫狀態(tài)下編碼的蛋白只含有C-端的NB-ARC，并無NPR1功能域。一旦小麥處于生物脅迫狀態(tài)下，Ta7ANPR1同時轉錄兩個mRNA，一個編碼NB-ARC，另一個編碼NB-ARC-NPR1。在NB-ARC功能結構域上的某些突變能激活小麥對多種銹菌的防御反應和一個非SA通路上的PR基因的表達。

由于NPR1在植物防御反應中的重要作用，NPR1蛋白也成為了一些病原菌的攻擊目標。

綜上研究結果以及Ta7ANPR1在7A染色體上與一個抗病基因同源物CC-NB基因頭對頭相鄰，我們推測在中國春小麥中Ta7ANPR1與其相鄰的CC-NB蛋白一起共同監(jiān)視銹菌中攻擊小麥NPR1蛋白的病原菌。Ta7ANPR1中的NPR1被用作“誘餌”和調控非SA通路的防御反應。

西北農林科技大學生命學院的王曉靜副教授和蒙大拿州立大學黃俐教授團隊的張洪濤博士和Bernard Nyamesorto博士為該論文的共同第一作者，蒙大拿州立大學黃俐教授、澳大利亞CSIRO的Evans Lagudah院士和西北農林科技大學王曉靜副教授為該論文的共同通訊作者。該項研究得到國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金的資助。