Plos Biology| CsIVP在黄瓜的维管发育和霜霉病抗性中起作用

Plos Biology| CsIVP在黄瓜的维管发育和霜霉病抗性中起作用

中国农业大学张小兰课题组在Plos BiologyIF:7.076)上发表了一篇题为“CsIVP functions in vasculature development and downy mildew resistance in cucumber”的研究文献,该文献揭示了黄瓜bHLH转录因子CsIVP通过直接结合维管发育调节因子CsYAB5CsBP CsAUX4的启动子来调控黄瓜维管系统发育;同时,CsIVP与水杨酸信号转导途径CsNIMIN1蛋白直接互作,参与调控黄瓜霜霉病的抗性。

文章来源

背景

作物驯化促进了农业和人类社会发展,人为选择使栽培品种具有良好的农艺性状。植物受到病原体感染,防御反应产生的代价是生长和繁殖能力降低。尽管对驯化的基础有所研究,但协同调控发育和抗病的潜在机制仍不清楚。维管影响植物器官形态发育,也通过运输激素、蛋白质和RNA参与植物抗病过程。目前还没有维管调节因子被证实直接参与植物抗性。在这里,通过对黄瓜韧皮部激光显微切割-转录组分析,发现了一个在维管束高量表达的bHLH转录因子CsIVP。并通过酵母双杂等技术进行了下一步研究。


结果

CsIVP的起源及其在血管组织中的表达

在之前的研究中,进行了激光显微切割-转录组分析,以鉴定调节黄瓜韧皮部发育的候选基因。发现了bHLH转录因子Csa6G483450,其编码224个氨基酸残基并在果实中表现出高表达。CsIVP属于HECATE3HEC3)亚家族,这些基因存在于早期的苔藓,苔藓植物和裸子植物中。

基因结构、系统数和表达分析

1. CsIVP的基因结构,系统树和表达分析

CsIVP调节黄瓜器官的形态发生和繁殖

为了深入了解黄瓜中的CsIVP功能,生成了一个RNAi构建体,并通过根癌农杆菌介导的子叶转化递送到黄瓜自交系R1461。基因表达分析表明CsIVP的有效敲低转录本,在R5R3R2中减少。免疫印迹分析显示,与野生型(WT)相比,CsIVP蛋白在CsIVP -RNAi转基因品系中的积累水平较低。

转基因植物的表型表征

2. CsIVP -RNAi转基因植物的表型表征

表型鉴定和激素含量

 

3.CsIVP -RNAi转基因植物上进行了表型鉴定和激素测量

CsIVP直接促进维管相关基因的表达

为了探索CsIVP介导维管发育的调控网络,对WTR5转基因植物的叶脉和果实进行了RNA测序,分析表明,与胁迫、信号传导、激素代谢和发育相关的基因在CsIVP叶静脉的2268个上调基因中显著富集-RNAi,与WT植物相比,CsIVP -RNAi 的静脉中许多发育调节因子和生长素相关基因的表达都发生了显著变化。结果表明CsIVP可能通过与其他发育调节剂的相互作用来调节器官发育。

CsIVP与设想的下游维管相关靶标之间的转录组和相互作用分析

图4. CsIVP与设想的下游维管相关靶标之间的转录组和相互作用分析

通过酵母单杂EMSA进一步分析了验证还使用CsIVP-c-mycMYC)转基因黄瓜在体内进行了染色质免疫沉淀(ChIP-PCR分析。发现CsIVP可能直接与CsYAB5CsBPCsAUX4的启动子结合并促进他们的表达。根据我们的酵母单杂交和LUC/REN 实验分析,在相关CsHEC1CsHEC2蛋白与CsYAB5CsBPCsAUX4的启动子之间未检测到相互作用。

 参与脉管系统发育的基因的表达分析和相互作用总结

5.参与脉管系统发育的基因的表达分析和相互作用总结

CsYAB5基因敲除模拟黄瓜的CsIVP-RNAi表型

为了进一步解决CsIVP在维管发育中的调控网络,选择了其直接下游靶基因CsYAB5在黄瓜中进行进一步鉴定。构建了CsYAB5-RNAi转基因植物,并表征了它们的发育表型。与野生型植物相比,CsYAB5-RNAi植物表现出变矮和异常的叶片形态,双侧叶缘之间没有可见的间隙。综合结果以及相互作用数据表明,CsYAB5CsIVP的下游发挥功能,调节黄瓜的维管形成和器官形态发育。

黄瓜中CsYAB5的功能表征

图6.黄瓜中CsYAB5的功能表征

CsIVP -RNAi植物对霜霉病具有抗性

霜霉病是黄瓜生产中最具破坏性的疾病之一。在生长期间,观察到3CsIVP -RNAi系(R2R3R5)的植物均具有极强的抗性。由于R3R2品系的发芽率极低,因此选择R5品系进行进一步研究。为研究CsIVP对抗病性中的作用,将幼苗在能调控的环境室中生长,并接种病菌,数据表明,CsIVP -RNAi植物对霜霉病具有更高的抗性,CsIVP与黄瓜的霜霉病抗性有关。

CsIVP -RNAi植物响应病原体感染

图7.CsIVP -RNAi植物响应病原体感染

CsIVP通过与CsNIMIN1相互作用调节病原体抗性

为了进一步研究CsIVP如何介导病原体抗性,通过MapMan WTCsIVP -RNAi植物中的差异表达基因(DEG)进行了分类。CsIVP -RNAi植物涉及的SA乙烯茉莉酸(JA,和ABA信号转导途径基因在显著上调,CsIVP -RNAi植物为抗病性的分子机制推定提供了证据。

 CsIVP与SA应答途径中的阻遏物CsNIMIN1的相互作用

图8. CsIVP与SA应答途径中的阻遏物CsNIMIN1的相互作用

 

接下来,用酵母双杂交Y2H技术筛选了8个可能的CsIVP互作蛋白,CsIVP SA信号通路中的抑制因子CsNIMIN1有很强的相互作用,和NPR1抑制子(CsSNI1)有弱相互作用,但是没有检测到与其余5种蛋白的相互作用。为了进一步确认,进行了双分子荧光互补BiFC)分析。在CsIVPCsNIMIN1之间检测到正相互作用,但没有观察到与CsWHY1CsSNI1相互作用。综上所述,数据支持以下假设:CsIVP通过CsNIMIN1介导的SA反应途径参与霜霉病抗性。

 

9.通过Y2HBiFC免疫印迹检测到相互作用

结论

研究结果表明黄瓜CsIVP是一个新型维管调节因子,通过直接激活维管调节因子CsYAB5CsBPCsAUX4的表达来参与黄瓜的维管发育,进而影响器官形态。同时,CsIVP作为一个抑制因子,通过CsNIMIN1介导的的水杨酸信号途径参与黄瓜霜霉病抗性。该研究建立了黄瓜器官发育和抗病性之间的联系,也为培育抗霜霉病黄瓜新品种奠定了理论基础。

该研究得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金,111引智基地项目,农业生物技术国家重点实验室开发课题和广东省自然科学基金项目资助。

参考文献

1Ladizinsky G. Plant evolution under domestication: Springer Netherlands; 1998.

2Stenberg JA, Heil M, Ahman I, Bjorkman C. Optimizing crops for biocontrol of pests and disease. Trends Plant Sci. 2015; 20: 698–712.

3Tian L, Shi S, Nasir F, Chang C, Li W, Tran LP, et al. Comparative analysis of the root transcriptomes of cultivated and wild rice varieties in response to magnaporthe oryzae infection revealed both common and species-specific pathogen responses. Rice (N Y). 2018; 11: 26.

文献链接

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000671

下载原文

微信公众号二维码

Plos Biology| CsIVP在黄瓜的维管发育和霜霉病抗性中起作用
作物驯化促进了农业和人类社会发展,人为选择使栽培品种具有良好的农艺性状。植物受到病原体感染,防御反应产生的代价是生长和繁殖能力降低。尽管对驯化的基础有所研究,但协同调控发育和抗病的潜在机制仍不清楚。维管影响植物器官形态发育,也通过运输激素、蛋白质和RNA参与植物抗病过程。目前还没有维管调节因子被证实直接参与植物抗性。在这里,通过对黄瓜韧皮部激光显微切割-转录组分析,发现了一个在维管束高量表达的bH
长按图片保存/分享

友情推荐:南京维百瑞理化激素检测服务公司

图片展示

电话:400-863-8520;025-5767-5161

邮箱:order@bestofbest.top

地址:南京市栖霞区江苏生命科技园F7栋

科研快递订阅

  • 名字 *

  • 邮箱 *

  • 电话

  • 机构 *

  • 提交

  • 验证码
    看不清?换一张
    取消
    确定

咨询留言

  • 姓名 *

  • 电话 *

  • 留言 *

  • 提交

  • 验证码
    看不清?换一张
    取消
    确定

Copyright © 南京瑞源生物技术有限公司 版权所有      苏ICP备20003978号

Copyright © 瑞源生物

苏ICP备20003978号

联系电话
400-8638520
联系电话
025-57671761
二维码