拟南芥H3K9组蛋白去甲基化酶JMJ29调控植物免疫反应的功能研究

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病害对农业生产造成了巨大的经济损失,因此研究植物如何抵御病害,从而采取有效的防治措施就显得尤为重要。为了抵抗病原菌的侵染,植物进化出了一套复杂的免疫系统。植物免疫系统主要分为PTI/MTI(PAMP-triggered immunity/MAMP-triggered immunity)和ETI(Effector-triggered immunity)两大类,均由病原菌信号的识别,细胞信号转导和下游防御反应的激活组成,涉及大量表观遗传修饰的改变,如乙酰化、甲基化、泛素化等。JMJ(JmjC domain-containing protein)家族,即一类含有JmjC(Jumonji-C)结构域的蛋白,被认为具有组蛋白去甲基化酶活性,参与到生物体的生长发育以及胁迫应答中。但至今为止,对于JMJ家族成员在植物免疫反应中的功能仍知之甚少。  生物信息学分析表明,JMJ29属于拟南芥JMJ家族中的KDM3(Lysine demethylase3)亚类,而且铁离子和α-酮戊二酸结合位点保守,所以JMJ29很可能是H3K9me2/1去甲基化酶。通过体外组蛋白去甲基化酶活性分析发现JMJ29可以去除H3K9me2/1修饰,说明JMJ29具有组蛋白H3K9去甲基化酶活性。JMJ29的功能缺失突变体jmj29-1和jmj29-2均表现出对病原菌Psm ES4326(Pseudomonas syringae pathovar maculicola ES4326)和Pst DC3000avrRpt2(Pseudomonas syringae pathovar tomato DC3000avrRpt2)的易感性,说明JMJ29正调控植物免疫反应。fig22(Flagellin22)通过PTI反应引发植物的生长抑制。与野生型Col-0相比,jmj29-1和jmj29-2对flg22诱导的生长抑制不敏感。此外,突变体jmj29-1和jmj29-2中flg22诱导的MPK3/6(Mitogen-activated protein kinase3/6)磷酸化水平和病原菌Pst DC3000诱导的抗病基因表达量相较于野生型降低。这些结果暗示JMJ29在MPK3/6的上游起作用,并正调控PTI免疫反应。JMJ29具有两个RING(Really interesting new gene)结构域和一个JmjC结构域。为研究哪个结构域参与免疫反应的调控,已构建JMJ29及其各结构域缺失蛋白互补jmj29-2的转基因植物。  我们实验室的前期研究发现jmj24突变体的抗病相关表型与jmj29非常相似。通过flg22抑制幼苗生长实验发现jmj24jmj29双突变体比其单突变体对flg22更不敏感,说明JMJ24和JMJ29功能冗余的正调控免疫反应。  综上所述,本课题研究发现了一个JmjC家族蛋白JMJ29具有组蛋白H3K9去甲基化酶活性,正调控拟南芥抗病信号途径。
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