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番茄免疫受体Sw-5b对Tospovirus广谱抗性的分子机制研究与我国TSWV Tsw抗性突破株系的遗传差异分析

蒋磊  
【摘要】:番茄斑萎病毒属(Tospovirus)包括多种检疫性病毒,番茄斑萎病毒(Tomat spotted wilt virus,TSWV)是其代表种,在世界各地皆有分布,我国境内主要集中在西南地区。抗性品种选育是对抗病害的一种有效途径,目前针对TSWV并已商业化的抗性基因只有Sw-5b和Tsw两种。1.番茄免疫受体Sw-5b对Tospovirus广谱抗性的分子机制研究植物和动物的细胞内核苷酸结合寡聚结构域样受体(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors,NLRs)在监测和阻止不同的病原物侵染时发挥重要作用。动物的NLRs 一般通过识别病原物相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)赋予寄主抗性,而植物NLRs则通过识别病原物编码的特异性效应因子来赋予寄主抗性。本研究中,我们揭示了番茄Sw-5bNLR通过识别病毒移动蛋白NSm的一段21 aa的保守肽段(NSm21)来赋予对不同美洲型Tospoviruses的广谱抗性。全长Sw-5b和NB-ARC-LRR结构域直接与NSm21在体外和植物体内互作。通过位点直接突变和结构模型分析,推测Sw-5b LRR上的R927是与NB-ARC互作的重要位点,R927位点的突变能使Sw-5b由自抑制状态转变为激活状态。因此,Sw-5b对的NSm21识别很可能减弱了 LRR和NB-ARC结构域的分子间互作,从而最终激活Sw-5b。本研究的结果首次提供了植物NLR通过识别一个小而保守的病原物效应因子衍生的短肽赋予广谱抗性的例子。2.我国TSWVTsw抗性突破株系的遗传差异分析携带Tsw基因的抗性辣椒已被广泛运用于农业生产,但这也迅速造成全世界范围内抗性突破型TSWV株系(resistance breaking,RB)的出现。然而,迄今为止在中国境内尚未有关于TSWVRB株系的报道。近些年来,TSWV引起的病毒病在中国西南的云南省呈现快速增长的趋势。而目前有关TSWV不同株系之间多样性的研究仍是空白。本研究以云南省境内不同寄主上采集的TSWV为研究对象,首次发现在自然条件下TSWV RB株系的产生。我们最初从2012年采集于云南省的莴苣样本上分离出TSWV莴苣株系(TSWV-LE)。令人惊讶的是,TSWV-LE可以引起携带Tsw抗性基因的辣椒的系统坏死。我们紧接着于2015年采集并发现番茄上分离的株系(TSWV-YN18)和烟草上分离的株系(TSWV-YN53)也能实现对Tsw介导的抗性突破。不同的是TSWV-YN18诱导抗性辣椒出现系统环斑,而YN53引起系统褪绿斑驳。TSWV编码的NSs蛋白的突变是形成Tsw的抗性突破株系的关键因素。我们发现TSWV-LE的NSs蛋白保留了诱导HR的能力,而TSWV-YN18和TSWV-YN53已不能诱导HR的产生。但是,这三个RB株系的NSs蛋白都能抑制RNA沉默。序列分析表明云南境内的RB株系与其他以前报道的RB株系的NSs蛋白之间并未发现氨基酸的特征位点。然而LE株系的NSs蛋白的两个氨基酸位点(F74和K272)导致了它与YN18和YN53 RB株系之间的明显不同。不同RB株系的出现和Tsw介导抗性防控的失败,给中国西南地区本土辣椒作物的种植造成了严重威胁。


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