西北农林科技大学在解析马铃薯MAPK抗晚疫病机理方面取得新进展！
马铃薯（Solanum tuberosum L.）在世界范围内广泛种植，是我国重要的蔬菜作物之一。由致病疫霉菌（Phytophthora infestans (Mont.) de Bary）引起的晚疫病对于马铃薯的生产造成了极大的危害，有效控制马铃薯病害发生，保证马铃薯产量对我国国民经济的发展和粮食安全具有重要意义。对马铃薯抗晚疫病分子机理的深入研究可为马铃薯抗病育种提供抗性基因资源。丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase, MAPK）级联反应广泛参与植物胁迫响应。但是马铃薯MAPKs在对疫霉菌抗性方面的作用尚未得到很好的研究。
近日，Molecular Plant Pathology在线发表了西北农林科技大学园艺学院杜羽课题组题为“Potato StMPK7 is a downstream component of StMKK1 and promotes resistance to the oomycete pathogen Phytophthora infestans”的研究论文。该研究对马铃薯丝裂原活化蛋白激酶激酶StMKK1的下游MAPK蛋白进行了鉴定和免疫机理探索，并且揭示StMPK7通过SA信号通路正向调控植物免疫反应。
我们前期研究表明，致病疫霉菌RXLR效应子PITG20303靶向并稳定马铃薯免疫负调控因子丝裂原活化蛋白激酶激酶StMKK1，从而促进植物感病。本研究在前期研究基础上对StMKK1调控的下游MAPK蛋白进行了鉴定和免疫机理探索，具体结果如下：
我们分别克隆了马铃薯StMKK1下游组分候选基因StMPK4/6和StMPK7，通过在本氏烟草瞬时表达和病毒诱导的基因沉默技术（Virus induced gene silencing, VIGS），初步揭示StMPK4/7正调控植物对致病疫霉菌和寄生疫霉菌的抗性，而StMPK6不影响植物对疫霉菌的抗性反应。进一步通过遗传转化方法在马铃薯中过表达（Over Expression，OE）StMPK7基因，揭示四个马铃薯StMPK7转化株系均增强了马铃薯对致病疫霉菌的抗性，证明StMPK7正调控马铃薯对晚疫病菌的抗性（图1）。
图1 StMPK7-OE转基因株系提高了马铃薯对晚疫病菌的抗性
通过酵母双杂交技术（YeastTwo Hybrid，Y2H）、免疫共沉淀技术（Co-immunoprecipitation assay，Co-IP）和荧光素酶互补成像技术（Luciferase complementary imaging technology，LCI）证明StMPK7和StMKK1存在相互作用，并且StMKK1可以磷酸化StMPK7，表明StMPK7是StMKK1的直接下游信号分子。进一步研究表明具有组成性激酶活性的StMPK7（CA-StMPK7；StMPK7D198G, E202A）增强了植物对疫霉菌的抗性，且CA-StMPK7在本生烟草叶片中过表达能够触发依赖于SGT1/RAR1基因的植物细胞死亡。StMPK7过表达促进了马铃薯水杨酸（SA）响应基因的表达；并且StMPK7与假单胞菌水杨酸羟化酶NahG共表达后，NahG完全抑制了由CA-StMPK7触发的植物细胞死亡，进一步证明StMPK7通过影响水杨酸信号通路调控植物免疫反应（图2）。
图2 StMPK7通过影响水杨酸信号通路调控马铃薯对晚疫病菌的抗性
综上所述，我们的结果表明马铃薯StMPK7是StMKK1的下游信号组分，且StMKK1-StMPK7级联反应通过影响水杨酸信号通路正调控马铃薯对晚疫病菌的抗性。
西北农林科技大学园艺学院杜羽副教授为论文的通讯作者，研究生张侯小和李芳芳为共同第一作者。西北农林科技大学单卫星教授、瓦赫宁根大学Matthieu H.A.J. Joosten教授参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金、国家外专局和教育部高等学校学科创新引智计划项目、西北农林科技大学“卓越新星”项目、中国博士后科研基金资助。
论文链接：
https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mpp.13050
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