Plant Science:西南大學孫現超團隊揭示過表達致病相關基因NbHIN1通過激活茉莉酸途徑賦予本氏煙對菸草花葉病毒的抗性

2021-02-21 植物病毒與抗逆研究

今天，介紹的是新發表在《Plant Science》上的研究論文，西南大學孫現超團隊發表的研究論文《Overexpression of a pathogenesis-related gene NbHIN1 confers resistance to Tobacco Mosaic Virusin Nicotiana benthamiana by potentially activating the jasmonic acid signaling pathway》。

由植物致病性革蘭氏陰性細菌分泌的Harpin蛋白誘導針對不同病原體的多種防禦。應用Harpin蛋白後，在菸草中高度誘導的Harpin誘導的1（HIN1）基因參與了常見的植物防禦途徑。然而，HIN1對菸草花葉病毒（TMV）的作用仍然未知。 

在這項研究中，作者表徵了本氏菸草HIN1（NbHIN1）基因，並產生了過表達NbHIN1基因的轉基因菸草。在亞細胞定位實驗中，發現NbHIN1定位於質膜和胞質溶膠中。與野生型菸草植物相比，NbHIN1的過表達未導致觀察到的表型。 

然而，NbHIN1過表達的菸草植物對TMV感染的抗性顯著增強。此外，RNA測序揭示了NbHIN1過表達的轉錄組學特徵，並突出了與胺基酸生物合成，植物病原體相互作用和RNA轉運相關過程中基因的主要影響。 

作者還發現NbHIN1的過表達高度誘導NbRAB11的表達，表明茉莉酸信號通路可能參與TMV抗性。 

總之，作者首次證明在本氏菸草中過表達致病相關基因NbHIN1顯著增強了TMV抗性，提供了一種潛在的機制，使我們能夠在未來提高對TMV抗性。

Harpin proteins secreted by plant-pathogenic gram-negative bacteria induce diverse plant defenses against different pathogens. Harpin-induced 1 (HIN1) gene highly induced in tobacco after application of Harpin protein is involved in a common plant defense pathway. However, the role of HIN1 against Tobacco mosaic virus (TMV) remains unknown. In this study, we functionally characterized the Nicotiana benthamiana HIN1 (NbHIN1) gene and generated the transgenic tobacco overexpressing the NbHIN1 gene. In a subcellular localization experiment, we found that NbHIN1 localized in the plasma membrane and cytosol. Overexpression of NbHIN1 did not lead to observed phenotype compared to wild type tobacco plant. However, the NbHIN1 overexpressing tobacco plant exhibited significantly enhanced resistance to TMV infection. Moreover, RNA-sequencing revealed the transcriptomic profiling of NbHIN1 overexpression and highlighted the primary effects on the genes in the processes related to biosynthesis of amino acids, plant-pathogen interaction and RNA transport. We also found that overexpression of NbHIN1 highly induced the expression of NbRAB11, suggesting that jasmonic acid signaling pathway might be involved in TMV resistance. Taken together, for the first time we demonstrated that overexpressing a pathogenesis-related gene NbHIN1 in N. benthamiana significantly enhances the TMV resistance, providing a potential mechanism that will enable us to engineer tobacco with improved TMV resistance in the future.

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