GmbZIP44转录因子在大豆与孢囊线虫互作中的机制研究

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大豆(Glycine max)是世界上重要的粮油作物,也是最主要的饲料来源。大豆孢囊线虫(Soybean Cyst Nematode,SCN)广泛分布于我国大豆主产区,对大豆产量和品质造成了严重的威胁。目前较为有效的防治方法是选育抗病品种,然而连年种植抗病品种会导致新的强毒力生理小种出现,因此挖掘新的抗性基因并进一步深入解析大豆抗孢囊线虫的分子机制显得尤为重要。SNF1相关蛋白激酶SnRK1和C/S1-bZIP转录因子是植物碳氮代谢和能量平衡的关键信号调控组分。本实验室前期的磷酸化组学数据表明大豆中一个GmbZIP44转录因子的磷酸化水平受到大豆孢囊线虫的诱导调控,本研究主要围绕GmbZIP44的功能以及其上下游信号通路在大豆孢囊线虫抗性中的调控机制开展研究,探究其上游激酶GmSnRK1和下游靶基因调控信号通路对抗性的作用。磷酸化组学数据分析发现GmbZIP44第66位丝氨酸在大豆根组织中的磷酸化强度受到大豆孢囊线虫处理上调7.06倍。亚细胞定位结果发现GmbZIP44主要定位于细胞核,GmbZIP44在酵母中可以形成同源二聚体,且能与GmbZIP63形成异源二聚体。在大豆毛根中过量表达GmbZIP44-04g以及其磷酸化位点组成激活和失活型突变体(GmbZIP44-04gS66D和GmbZIP44-04gS66A)进行抗病表型鉴定,发现GmbZIP44过表达可以增强大豆对大豆孢囊线虫的抗性,过量表达GmbZIP44-04g S66D抗病性更加显著,而GmbZIP44-04g S66A过表达则表现出明显感病现象,说明GmbZIP44以及其丝氨酸位点参与了大豆孢囊线虫抗性调控过程。通过酵母双杂交、LUC荧光素酶互补成像(LCI)和GST免疫共沉淀技术发现GmSnRK1可以与GmbZIP44直接互作。亚细胞定位发现GmSnRK1定位于细胞质和细胞核,与GmbZIP44在细胞核中有共定位信号。对GmSnRK1在大豆毛根中进行过表达以及基因沉默,发现GmSnRK1过表达对大豆孢囊线虫表现出显著抗性,而基因沉默导致大豆根部显著变短并对孢囊线虫敏感性增加。qRT-PCR分析发现低能量响应相关的关键代谢基因GmDIN1-01g、GmASN1-02g、GmDIN10-14g和GmProDH1-18g受到GmSnRK1和GmbZIP44的调控。进一步利用DCMU和暗处理模拟植物饥饿状态发现大豆孢囊线虫的发育进度受阻,说明低能量胁迫响应信号通路可能参与了大豆孢囊线虫的抗性。
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