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

植物為應對如細菌、真菌、病毒和線蟲等生物脅迫進化出多種防御機制，包括防御相關信號通路的激活，其中病程相關蛋白（Pathogenesis-related proteins，PR蛋白）的激活和累積尤其重要。PR 蛋白是一個蛋白質超家族 (Superfamily)，根據蛋白的結構、遺傳關系和生物活性可將其分為17個蛋白家族 (Family)。其中PR10/Bet v1-like蛋白家族廣泛存在于植物中，包含9個蛋白亞家族 (Subfamily)，在植物生長、生物合成、代謝和抗逆等方面發揮多種作用。然而目前關于PR10/Bet v1-like蛋白在植物抗根結線蟲中的作用還未見報道。

水稻是我國最主要的糧食作物，全國65%以上人口以水稻為主食。由于受到不同病原物的侵染和寄生，水稻在其生育期中會發生多種病害。擬禾本科根結線蟲 (Meloidogyne graminicola) 是嚴重影響水稻產量的植物寄生線蟲之一，在水田可造成11%~73%的損失，在旱田可造成更嚴重的危害。研究擬禾本科根結線蟲與水稻的互作機制可為進一步建立水稻根結線蟲病分子調控體系奠定理論基礎。

Phytopathology Research今日在線發表了華南農業大學植物保護學院卓侃/廖金鈴教授團隊題為“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。課題組此前研究發現擬禾本科根結線蟲效應子MgMO237與水稻PR10/Bet v1-like蛋白OsBet v1存在相互作用，但OsBet v1是否影響根結線蟲寄生尚不清楚。該研究通過基因系統發育分析、序列相似性比較和基因二級結構解析等，發現水稻OsBet v1及其99個同源蛋白與已知的9個PR10/Bet v1-like蛋白亞家族明顯不同 (Fig. 1)。OsBet v1定位于細胞質和細胞核，在水稻根、莖、葉、種子等多個組織部位均有表達，受擬禾本科根結線蟲侵染后水稻根部OsBet v1表達量顯著升高 (Fig. 2)。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術靶向突變OsBet v1，成功獲得不含轉基因原件的OsBet v1缺失純合突變株。與野生型水稻相比，OsBet v1缺失突變株的株高顯著降低，對擬禾本科根結線蟲的感病性顯著增強 (Fig. 3)，且突變株中兩個過氧化物酶基因（peroxidase 5 和 peroxidase 56）的表達顯著下調。上述結果表明，OsBet v1與其同源蛋白構成一個新的PR10/Bet v1-like蛋白亞家族，命名為“Monocot & dicot PR10”；OsBet v1不僅影響水稻生長，而且在抗擬禾本科根結線蟲中發揮重要作用，其介導的防衛反應可能與過氧化物酶相關。

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

華南農業大學植物保護學院植物線蟲研究室卓侃教授為該文的通訊作者，博士研究生李治文和黃秋玲為共同第一作者，林柏榮副教授和廖金鈴教授參與了該文章的部分研究工作。本研究得到了國家自然科學基金（31772136和31972246）及廣東省自然科學基金 (2021A1515010937) 的資助。

華南農業大學植物保護學院植物線蟲研究室是我國最早從事植物線蟲病害研究的單位之一，長期致力于根結線蟲等重要植物病原線蟲的分類鑒定、致病機理、線蟲與寄主植物的互作機制、抗線蟲基因工程及重要作物線蟲病的快速診斷和綠色防控等研究。

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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來源: 中國植物病理學會

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