來自美國密蘇里大學、浙江大學的研究人員在擬南芥中證實,MPK3/MPK6通過磷酸化一個ERF轉錄因子,調控了植物防御基因(DefenseGene)誘導表達和真菌抗性。這一研究成果發表在3月的植物學期刊ThePlantCell雜志上。
領導這一研究的是密蘇里大學的華人科學家張舒群(ShuqunZhang)教授,其現為浙江大學生命科學學院。長期致力于生物化學、分子遺傳、植物生理及信號傳導特別是蛋白質磷酸化等領域研究。共發表SCI論文50余篇,論文平均影響因子8.5,累計他引次數4000余次。
植物在與病原微生物共同進化的過程中,發展了一系列拮抗病原物侵染的復雜的防御反應體系。在植物與病原互作中,有大量的基因誘導表達,它們編碼的蛋白質參與植物對病原物的防御反應,這類基因稱之為防御基因。從1902年人們發現病原物侵染而引起植物過敏反應起,人們對防御反應進行了廣泛深人的研究,到目前為止,防御基因仍然是植保和遺傳學家們研究的前沿和重點。
近年來的研究表明擬南芥兩個絲裂原活化蛋白激酶MPK3和MPK6除在葉片氣孔發育、花瓣脫落及胚珠發育中其重要作用外,還可被如鹽、傷害和病原體等脅迫刺激和茉莉酸激活。MPK3和MPK6通過調控多種防御反應,在植物抗病性中發揮至關重要的作用。
在此前的研究中,張舒群課題組曾證實WRKY33作為MPK3/MPK6的底物,在MPK3/MPK6下游作用于植保素合成基因的調控。用死體營養型真菌病原體灰霉病菌(Botrytiscinerea)接種擬南芥時,可誘導MPK3/6信號通路激活,進而激活WRKY33;在WRKY33調控下,激活PAD3基因的轉錄,大量合成植保素,從而做出防御應答。
在這篇文章中,研究人員報告稱發現了MPK3/MPK6的另一個底物,ETHYLENERESPONSEFACTOR6(ERF6),調控了擬南芥防御基因表達和對霉病菌B.cinerea的抗性。研究人員證實在功能獲得性轉基因植物中或是灰霉菌B.cinerea感染時,MPK3/MPK6磷酸化ERF6,提高了ERF6蛋白的穩定性。模擬磷酸化的ERF6能夠組成性激活防御相關基因,尤其是如PDF1.1和PDF1.2等與真菌抗性相關的基因,并可增強對灰霉病菌的抗性。
相比之下,當研究人員將ERF6與EAR(ERF-associatedamphiphilicrepression)模體融合,表達ERF6-EAR時,發現其強有力地抑制了灰霉菌誘導的防御基因表達,導致ERF6-EAR轉基因植物對灰霉菌過敏。不同于ERF1,在防御素基因激活中ERF6所發揮的功能及調控不依賴于乙稀。
新研究證實了ERF6是MPK3和MPK6的另一個底物,在MPK3/MPK6級聯反應下游發揮重要作用,調控了植物防御真菌病原體。