PCE | 中国农大/复旦大学缑金营和河南农业大学陈锋合作揭示HSP90.2保护2Q2蛋白共同增强小麦白粉病抗性的机制

小麦（Triticum aestivum L.）是全球40%人口的主粮，为人类提供20%能量和蛋白质。我国是最大的小麦生产国和消费国，预计2030年总需求量为1.8亿吨。但是，小麦受病原菌的严重威胁导致年总损失达15%到20%。因此，小麦的高产和抗病改良是保证产量稳步提升的两大支柱，缺一不可。

近日，河南农业大学陈锋教授课题组和中国农大/复旦大学缑金营教授课题组合作在Plant, Cell & Environment在线发表了题为“HSP90.2 modulates 2Q2-mediated wheat resistance against powdery mildew”的研究论文，从翻译成熟角度筛选抗病、抗逆候选蛋白，为完善小麦抗病抗逆调控网络以及抗病性研究提供了有用信息。

研究人员前期工作表明，在小麦中过量表达分子伴侣HSP90.2可以保护PsbO等光系统前体蛋白进入叶绿体，增强光合作用，最终增加产量(Yan et al, Plant Biotechnology Journal, 2023)。HSP90是细胞中最丰富的伴侣蛋白之一，促进植物和动物免疫受体的折叠和成熟。小麦热休克蛋白90.2（HSP90.2）是一种受病原体诱导的分子伴侣，作为免疫的核心支架结合SGT1和RAR1等元件形成HSP90-SGT1-RAR1伴侣复合物，保护宿主抗性蛋白折叠成熟，提高植物对病原菌的抗性。

为了研究HSP90.2在小麦抗真菌病中的作用，研究人员首先利用四倍体杜兰小麦（Triticum turgidum）的hsp90.2敲除突变体开展研究，接种华北地区流行的白粉病E09小种，发现hsp90.2突变体对白粉病更加敏感。相反，HSP90.2过表达系耐受白粉病的能力显著增强。因此，HSP90.2正调控小麦对白粉病的耐受性。

图一、HSP90.2正调控小麦对白粉病菌的耐受性

为了探究HSP90.2参与抗病作用机制，研究人员利用HSP90.2蛋白及其三个结构域分别进行酵母双杂交筛库，获得了小麦中HSP90.2靶蛋白组（HSP90.2 chaperome），发现了超过1500个靶蛋白。其中超过90%的蛋白被C端结构域结合，与动物结果有明显区别。研究人员对HSP90.2靶蛋白的表达模式进行分析，发现只有3%至9%的靶蛋白在24至72小时内被Bgt感染诱导。对互作靶蛋白分析发现许多HSP90.2靶蛋白包含抗病功能的结构域，包括NB-ARC结构域和多种蛋白激酶。因此，小麦HSP90.2结合大量抗性蛋白，可能在转录后水平调控靶蛋白功能，代表一类新的调控模式。

进一步为探索HSP90.2结合靶蛋白的生物学意义，研究人员以抗白粉病Pm蛋白的同源蛋白2Q2（一种核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列NB-LRR蛋白）作为模型研究HSP90.2相互作用在真菌抗性中的作用。2Q2蛋白在体内外都可以结合HSP90.2蛋白，其中保守的NB结构域是HSP90的结合靶点。研究人员创制了转基因共抑制2Q2蛋白的株系，降低了靶蛋白2Q2在类囊体中的含量，发现2Q2共抑制株系叶片上白粉病菌变大，病斑覆盖率显著增加，真菌DNA含量提高，表明这些转基因系对白粉病耐受能力降低。

图二、靶蛋白2Q2维持小麦耐受白粉病能力

研究人员前期研究表明，在植物中胞质蛋白HSP90与叶绿体外膜蛋白相互作用，促进前体蛋白向叶绿体的转运。为了研究HSP90.2在2Q2叶绿体积累中的作用，研究人员利用特异性抑制剂干扰以及hsp90.2突变等多种手段干扰HSP90.2的正常功能，发现2Q2-GFP在叶绿体中的荧光信号显著减弱，而且内源蛋白在叶绿体中的积累减少。上述结果表明，HSP90.2作为分子伴侣，保护2Q2帮助其进入叶绿体更好地发挥抗病作用。

该研究发现了大量的HSP90.2靶蛋白，可能在翻译水平上受到HSP90.2的调控，为这些蛋白在抗病、抗逆等方面的深入研究提供了线索。HSP90.2可能以保守的机制，保护系列靶蛋白，同时提高小麦的产量和抗病性，有望在国家新一轮“1000亿斤粮食增产行动”中发挥积极的推动作用。

图三、HSP90.2提高小麦光合效率和抗病性，助力高产稳产育种和生产的工作模型

河南农业大学/中国农业大学/复旦大学联合培养博士生闫妍是论文第一作者。中国农业大学农学院小麦中心/复旦大学生科院缑金营教授和河南农业大学农学院陈锋教授是论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14579

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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