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新闻网讯(通讯员韩玉芹)11月1日,生命科学学院何光存教授课题组在国际植物学科权威期刊The
Plant
Cell
(《植物细胞》)发表学术论文,揭示水稻抗虫基因Bph14编码蛋白的CC和NB结构域在信号传导和抗虫中的功能。

近日,武汉大学生命科学学院杂交水稻国家重点实验室何光存研究组揭示褐飞虱抗性蛋白BPH14的卷曲螺旋结构域可与WRKY转录因子相互作用以激活防御信号,从而抵抗褐飞虱的取食。研究结果于2017年11月1日在线发表于《The
Plant Cell》。

论文题为“The Coiled-coil and nucleotide binding domains of BROWN
PLANTHOPPER RESISTANCE14 function in signaling and resistance against
planthopper in
rice
”(BPH14蛋白结构域在抗性信号传导和抵御稻飞虱中的功能),博士研究生胡亮为第一作者,何光存为通讯作者。

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褐飞虱是我国和世界水稻生产中的头号害虫,对水稻安全造成重大威胁。何光存课题组于2009年率先在国际上克隆了第一个抗稻飞虱基因Bph14,该基因编码一种具有CC-NB-LRR结构域的蛋白。本项研究发现,BPH14蛋白的CC和NB结构域能够激活水稻防御信号通路,产生对褐飞虱的抗性。研究证明,CC和NB结构域以及BPH14全长蛋白能够形成同源复合体,这些复合体能够和转录因子WRKY46和WRKY72相互作用,增强了转录因子的稳定性。WRKY46和WRKY72能够调控防御基因的转录,从而产生抗虫性。该项研究结果对于培育抗虫水稻品种具有重要意义。

BPH14是水稻图位克隆分离的第一个褐飞虱抗性基因,其编码一种卷曲螺旋、核苷酸结合位点、富含亮氨酸重复的蛋白质。最近已鉴定几个编码相似蛋白结构的褐飞虱和蚜虫抗性基因。本研究分析了BPH14蛋白结构域的功能以鉴定BPH14介导的抗褐飞虱的分子机制。单独或组合的CC和NB结构域所产生的褐飞虱抗性水平与全长BPH14产生的结果相似。这两个结构域均可激活水杨酸信号通路及防御基因的表达。在水稻原生质体和烟草叶片中,这些结构域增加了活性氧的含量,而不引发细胞死亡。另外,抗性结构域与FL
BPH14蛋白形成同源复合体,此复合体可与转录因子WRKY46、WRKY72相互作用。在水稻原生质体中,FL
BPH14或其CC、NB和CN结构域的表达增加了WRKY46、WRKY72的积累,同时增强了WRKY46与WRKY72依赖的反式激活活性。WRKY46和WRKY72可结合受体样细胞质激酶基因RLCK281和胼胝质合酶基因LOC_Os01g67364.1的启动子。以上结果为水稻抗虫机制研究提供了重要线索。

该项工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研究发展计划和973计划的资助。

Figure 1. Proposed model for the interaction of BPH14 with WRKY46 and
WRKY72 and the initiation of defense signaling.

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