3月27日，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院程曉非教授團(tuán)隊(duì)在中科院1區(qū)top期刊《Plant Biotechnology Journal》（五年影響因子12.1）在線發(fā)表題為《A pathogen protease-activated molecular decoy for customized resistance in plant》的研究論文。本文利用植物內(nèi)源激發(fā)肽可以觸發(fā)免疫反應(yīng)的特點(diǎn)，提出一種以病原物蛋白酶為誘餌，誘導(dǎo)激發(fā)肽激活，從而實(shí)現(xiàn)人工定制抗病性的新策略。
與化學(xué)防控相比，培育抗病作物是減少病蟲危害和提高糧食產(chǎn)量最經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的方式。但受限于抗性資源少、抗性易丟失等問題，抗病育種難以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，因此亟需研發(fā)抗病新策略。植物體內(nèi)存在一類長(zhǎng)約23個(gè)氨基酸的激發(fā)小肽（Peps），一般以前體（proPeps）形式存在。當(dāng)植物細(xì)胞因損傷或感染而受損時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)源II型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（MCs）會(huì)迅速切割proPeps，使proPeps從C端釋放，并被細(xì)胞表達(dá)的模式識(shí)別受體識(shí)別，進(jìn)而啟動(dòng)植物免疫反應(yīng)。本團(tuán)隊(duì)提出假設(shè)，將基于proPeps中原有的MC蛋白酶識(shí)別位點(diǎn)，替換為植物病原物的蛋白酶識(shí)別位點(diǎn)，是否也可以獲得對(duì)該病原的抗性。據(jù)此，本團(tuán)隊(duì)以擬南芥的proPep1為研究，首先將植物的MC4識(shí)別序列替換為蕪菁花葉病毒（TuMV）的NIa-Pro蛋白酶識(shí)別位點(diǎn)，構(gòu)建誘餌proPep1NIa-Pro。瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TuMV NIa-Pro可以識(shí)別proPep1NIa-Pro上的NIa-Pro酶切位點(diǎn)，并釋放Pep1。通過遺傳轉(zhuǎn)化獲得轉(zhuǎn)基因植物35S::proPep1NIa-Pro-YFP，經(jīng)病毒接種實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植物較野生型擬南芥具有更高的抗性。為驗(yàn)證抗性的特異性，分別對(duì)野生型和轉(zhuǎn)基因植物接種甜菜嚴(yán)重曲頂病毒（BSCTV）。結(jié)果表明，野生型和轉(zhuǎn)基因植物對(duì)BSCTV的感病性沒有差別。以上結(jié)果說明，轉(zhuǎn)基因表達(dá)改造的proPep1NIa-Pro植物對(duì)非靶標(biāo)病毒無效，僅對(duì)靶標(biāo)病毒產(chǎn)生抗性。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步用丁香假單胞桿菌番茄致病變種（Pst DC3000）分泌的半胱氨酸蛋白酶效應(yīng)因子（AvrPphB）的識(shí)別位點(diǎn)，替換proPeps中原有的MC蛋白酶識(shí)別位點(diǎn)，構(gòu)建誘餌proPep1AvrPphB。瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AvrPphB可以識(shí)別proPep1AvrPphB，并釋放Pep1；并且，表達(dá)proPep1AvrPphB的轉(zhuǎn)基因植株也較rps5突變體植株（RPS5能識(shí)別AvrPphB，并導(dǎo)致過敏性壞死）對(duì)Pst DC3000 具有更高的抗性，說明通過改造proPep1也能賦予植物對(duì)病原細(xì)菌的抗性。
以上研究證明，植物免疫激發(fā)子小肽可以被改造為病原蛋白酶的誘餌，通過被相應(yīng)病原的蛋白酶識(shí)別并水解產(chǎn)生成熟Pep1，從而獲得針對(duì)相應(yīng)病原的抗性，為作物實(shí)現(xiàn)人工定制抗性提供了新方向。本研究所提供的策略具有簡(jiǎn)便、適用性高等優(yōu)點(diǎn)，為解決作物抗性資源少的關(guān)鍵難題提供了新思路。
東北農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生范馨月和在讀碩士研究生趙煜為該論文的共同第一作者，我校植物保護(hù)學(xué)院程曉非教授和武曉云副教授為該論文的通訊作者，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)為通訊單位。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院季葦芹老師，西班牙國家生物技術(shù)研究中心的Bernardo Rodamilans、Carmen Simón-Mateo和Juan Antonio García，以及東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院武小霞研究員參與了本研究。本研究的BSCTV侵染性克隆由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的謝旗老師惠贈(zèng)，細(xì)菌菌株相關(guān)材料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所張杰老師惠贈(zèng)。
程曉非教授簡(jiǎn)介：國家優(yōu)秀青年基金獲得者，黑龍江省高層次人才（B類）、東農(nóng)學(xué)者計(jì)劃高層次人才“杰出學(xué)者JC1”和“學(xué)術(shù)骨干”。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)-西班牙國家生物技術(shù)中心農(nóng)作物健康聯(lián)合研究中心主任，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)分子植物病毒學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人。主要從事植物抗病毒免疫的研究，以第一或通訊作者在PNAS、Nature Communications、Plant Cell、JIPB、Trends in Microbiology等期刊發(fā)表論文70余篇，先后獲中國農(nóng)學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)、黑龍江省委教育工委優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等榮譽(yù)。
來源： 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
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