Phytopathol Res | PR10/Bet v1-like蛋白亚家族在植物抗线虫中的作用

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https://doi.org/10.1186/s42483-022-00143-z

植物为应对如细菌、真菌、病毒和线虫等生物胁迫进化出多种防御机制，包括防御相关信号通路的激活，其中病程相关蛋白（Pathogenesis-related proteins，PR蛋白）的激活和累积尤其重要。PR 蛋白是一个蛋白质超家族 (Superfamily)，根据蛋白的结构、遗传关系和生物活性可将其分为17个蛋白家族 (Family)。其中PR10/Bet v1-like蛋白家族广泛存在于植物中，包含9个蛋白亚家族 (Subfamily)，在植物生长、生物合成、代谢和抗逆等方面发挥多种作用。然而目前关于PR10/Bet v1-like蛋白在植物抗根结线虫中的作用还未见报道。

水稻是我国最主要的粮食作物，全国65%以上人口以水稻为主食。由于受到不同病原物的侵染和寄生，水稻在其生育期中会发生多种病害。拟禾本科根结线虫 (Meloidogyne graminicola) 是严重影响水稻产量的植物寄生线虫之一，在水田可造成11%~73%的损失，在旱田可造成更严重的危害。研究拟禾本科根结线虫与水稻的互作机制可为进一步建立水稻根结线虫病分子调控体系奠定理论基础。

Phytopathology Research今日在线发表了华南农业大学植物保护学院卓侃/廖金铃教授团队题为“CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of a representative member of a novel PR10/Bet v1-like protein subfamily significantly reduces rice plant height and defense against Meloidogyne graminicola”的文章。课题组此前研究发现拟禾本科根结线虫效应子MgMO237与水稻PR10/Bet v1-like蛋白OsBet v1存在相互作用，但OsBet v1是否影响根结线虫寄生尚不清楚。该研究通过基因系统发育分析、序列相似性比较和基因二级结构解析等，发现水稻OsBet v1及其99个同源蛋白与已知的9个PR10/Bet v1-like蛋白亚家族明显不同 (Fig. 1)。OsBet v1定位于细胞质和细胞核，在水稻根、茎、叶、种子等多个组织部位均有表达，受拟禾本科根结线虫侵染后水稻根部OsBet v1表达量显著升高 (Fig. 2)。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向突变OsBet v1，成功获得不含转基因原件的OsBet v1缺失纯合突变株。与野生型水稻相比，OsBet v1缺失突变株的株高显著降低，对拟禾本科根结线虫的感病性显著增强 (Fig. 3)，且突变株中两个过氧化物酶基因（peroxidase 5 和 peroxidase 56）的表达显著下调。上述结果表明，OsBet v1与其同源蛋白构成一个新的PR10/Bet v1-like蛋白亚家族，命名为“Monocot & dicot PR10”；OsBet v1不仅影响水稻生长，而且在抗拟禾本科根结线虫中发挥重要作用，其介导的防卫反应可能与过氧化物酶相关。

Fig.1 The phylogenetic tree of plant PR10/Bet v1-like protein homologs

Fig. 2 Expression of OsBet v1 in rice tissues and in response to Meloidogyne graminicola invasion and subcellular localization of OsBet v1

Fig. 3 Growth phenotypes of ‘transgene-free’ OsBet v1 knockout mutants and their susceptibility to Meloidogyne graminicola

华南农业大学植物保护学院植物线虫研究室卓侃教授为该文的通讯作者，博士研究生李治文和黄秋玲为共同第一作者，林柏荣副教授和廖金铃教授参与了该文章的部分研究工作。本研究得到了国家自然科学基金（31772136和31972246）及广东省自然科学基金 (2021A1515010937) 的资助。

华南农业大学植物保护学院植物线虫研究室是我国最早从事植物线虫病害研究的单位之一，长期致力于根结线虫等重要植物病原线虫的分类鉴定、致病机理、线虫与寄主植物的互作机制、抗线虫基因工程及重要作物线虫病的快速诊断和绿色防控等研究。

Cite this article:

Li, Z., Huang, Q., Lin, B. et al. CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of a representative member of a novel PR10/Bet v1-like protein subfamily significantly reduces rice plant height and defense against Meloidogyne graminicola. Phytopathol Res. 2022; 4: 38. https://doi.org/10.1186/s42483-022-00143-z

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https://doi.org/10.1186/s42483-022-00143-z