小麦叶锈菌效应蛋白Pt3372通过靶向TaERP3抑制TcLr2a和TcLr18的先天免疫机制研究

为解决小麦叶锈菌（Puccinia triticina, Pt）如何通过效应蛋白抑制宿主免疫的关键科学问题，河北农业大学植物保护学院的研究团队聚焦效应蛋白Pt3372的功能解析。研究发现，Pt3372通过靶向小麦激发子响应蛋白TaERP3，抑制病程相关基因TaPR1/TaPR2表达及ROS积累，从而削弱小麦近等基因系TcLr2a和TcLr18的抗性。该成果发表于《Phytopathology Research》，为小麦持久抗锈育种提供了新靶点。

　　

研究背景
小麦叶锈病由专性寄生真菌Puccinia triticina（Pt）引起，每年造成全球小麦减产15%-75%。尽管植物通过模式触发免疫（PTI）和效应触发免疫（ETI）抵御病原菌，但Pt通过分泌效应蛋白逃逸宿主防御。中国近年流行的Pt生理小种（如THTT、PHTT）已突破Lr2a、Lr18等主要抗性基因，亟需解析其致病机制。

研究设计与方法
河北农业大学的研究团队结合转录组数据筛选出高表达效应蛋白Pt3372，通过酵母分泌系统验证其信号肽功能，利用农杆菌介导的瞬时表达分析亚细胞定位及细胞死亡抑制活性。采用细菌III型分泌系统（T3SS）递送Pt3372至小麦，检测其对胼胝质沉积、ROS积累及防御基因表达的调控。通过宿主诱导基因沉默（HIGS）和转基因过表达验证其毒性功能，并运用酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）和共免疫沉淀（Co-IP）鉴定靶标蛋白TaERP3。

研究结果

1. Pt3372的特性与表达模式
   Pt3372编码139个氨基酸，含24个氨基酸的信号肽，在侵染早期（6 hpi）显著诱导表达。酵母实验证实其分泌功能，亚细胞定位显示其定位于细胞膜和细胞核（图1-3）。

2. 抑制宿主免疫反应
   瞬时表达实验表明，Pt3372能抑制BAX/INF1诱导的烟草细胞死亡（图4a,b）及Pseudomonas syringae DC3000引发的小麦HR（图4c）。在TcLr2a和TcLr18中，Pt3372显著降低胼胝质沉积（图5a-d）和H₂O₂积累（图5e-h），并下调TaPR1/TaPR2表达（图S1）。

3. 基因沉默与过表达验证
   BSMV介导的HIGS沉默Pt3372后，Pt小种JHKT的毒力减弱（图6a,b），菌丝发育受阻（图6c-k）；而过表达Pt3372的转基因小麦则表现为TaPR2和TaGR表达下调，增强感病性（图7）。

4. 靶标鉴定与互作机制
   Y2H筛选发现Pt3372与小麦C2结构域蛋白TaERP3互作（图8a），BiFC和Co-IP进一步证实其互作依赖于Pt3372的N端20个氨基酸及TaERP3的C2结构域（30-60 aa）（图S6）。

结论与意义
该研究首次揭示Pt3372通过靶向TaERP3抑制小麦PTI的分子机制，为理解叶锈菌致病机制提供了新视角。发现的关键互作区域（如TaERP3的C2结构域）可为设计抗病基因编辑靶点提供理论依据，对培育持久抗锈品种具有重要应用价值。研究还建立了效应蛋白功能研究的综合技术体系，为其他植物-病原互作研究提供了方法参考。