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必赢3003am于峰教授团队揭示化学小分子通过抑制受体激酶FERONIA提高植物土传病害抗性
2022年09月21日    查看

近日,必赢3003am、岳麓山实验室于峰课题组联合湖南中烟技术中心蒲文宣团队在国际权威杂志Plant Biotechnology Journal(IF = 13.263)发表了题为“A Screening of Inhibitors Targeting the Receptor Kinase FERONIA Reveals Small Molecules that Enhance Plant Root Immunity”的研究论文。本文高通量筛选出植物受体激酶(RLK)的重要成员FERONIA(FER)的小分子抑制剂,并揭示FER抑制剂可通过增强根部免疫来提高植物对土传病害的抗性。

绿色、高产、优质是农业的重大需求,作物分子育种存在难度较大、周期较长、常会牺牲重要农艺性状等诸多难以逾越的限制与瓶颈。因此,开发便捷、时效可控、绿色的重要农业靶标基因活性操纵手段尤为重要且刻不容缓。受体激酶RLK参与植物抗逆和生长的方方面面,是农艺性状改良的热门靶标分子,但尚无利用小分子操控RLK激酶活性以实现植物逆境和生长发育调控的理论探索和应用实践。

植物根部免疫机制显著不同于叶部免疫,土传病害因机制不明和发生于地下而极难防治,引起巨大损失,已成为农业可持续发展的瓶颈。FER被报道负调节植物对重要土传病原南方根结线虫(Meloidogyne incognita)和尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的抗性,是关键的土传病害防控靶标。本研究首先通过体外激酶活性测定对FER激酶抑制剂进行了高通量筛选,从1494个小分子中鉴定出33个可以高效抑制FER激酶活性,并利用三个FER家族蛋白分析了其特异性。接着将相对特异的FER抑制剂reversine和lavendustin A以及非特异的cenisertib和staurosporine作为代表,通过分子对接和微量热泳动MST试验,提出抑制剂竞争性靶向激酶结构中的ATP口袋来抑制FER及其在多种作物中同源蛋白的激酶活性。根据前期遗传结果,FER抑制剂被推测可用于土传病害防控。Ralstonia solanacearum引起的青枯病是发生最广、危害最为严重的土传病害之一。本研究进一步确认三个FER代表抑制剂reversine、staurosporine和lavendustin A可有效防控拟南芥、烟草和番茄的青枯病,也可延缓水稻根结线虫病的发展,并且抑制剂不会限制作物的正常生长。最后,研究结合分子生物学、生物化学和遗传学等手段证实FER抑制剂部分通过FER促进了根部活性氧迸发、MAPK磷酸化和抗性相关基因表达,从而提高了植物根部的先天免疫水平。

本研究首次对RLK激酶抑制剂进行系统筛选,推动了RLK激酶调控理论的发展;FER抑制剂有望成为新型靶向农药,可为绿色高效的综合防控植物土传病害体系提供新的途径。研究人员已针对reversine、staurosporine和lavendustin A提高植物土传病害抗性申请了发明专利,正向农业生产应用迈进。

                                       FER激酶抑制剂的高通量筛选

                                 FER抑制剂靶向FER及其农作物中同源蛋白的ATP口袋

                                      FER抑制剂有效防控烟草和番茄青枯病

必赢3003am博士后刘红斌与湖南中烟技术中心李晓旭博士为本文的共同第一作者,湖南大学于峰教授、湖南中烟技术中心蒲文宣研究员和湖南大学陈佳副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省优秀博士后创新人才项目、中国博士后科学基金等资助。

必赢3003am于峰课题组综合利用拟南芥、水稻、杂草等植物系统,聚焦受体激酶RLK调控的根部生物学与RNA生物学等方向开展创新性探索,详情请见http://grjl.hnu.edu.cn/p/FFD7C7A9294091F134482129CFAD0763。因科研项目需要,课题组长期招募博士后与科研助理,诚邀优秀青年学者加盟!有意者请将个人简历发送至邮箱feng_yu@hnu.edu.cn,申请材料予以保密,我们将对符合条件者尽快组织面试。

原文链接:https://doi.org/10.1111/pbi.13925

                                                                                  作者:刘红斌

                                                                                  单位:必赢3003am

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