烟草N基因及其介导的抗TMV信号转导分子机制

王　倩，刘贯山

（中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101）

烟草N基因及其介导的抗TMV信号转导分子机制

王倩，刘贯山*

（中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101）

烟草N基因来源于粘烟草（Nicotiana glutinosa），通过特异识别烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）的解旋酶结构引发植物的过敏性坏死反应，介导植物对该病毒的抗性。N-TMV互作是研究最早且最深入的植物-病原菌互作的模型之一。从N基因的分离、转录表达、编码产物结构及其抗TMV信号转导分子机制等方面进行了综述。

N基因；烟草；TMV；信号转导

烟草N基因来源于烟草野生种粘烟草（Nicotiana glutinosa），是植物中鉴定的第一个TIR-NBS-LRR类（Toll-interleukin-1 receptor/nucleotide-binding site/leucine-rich repeat）抗病基因（resistance gene，R）[1]。N基因可特异识别烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）解旋酶结构域（p50），进而引起植物的过敏性坏死反应（hypersensitive reaction，HR），把病毒局限在坏死部位，从而抵抗TMV的复制增殖。TMV-含N基因烟草的相互作用是研究病原物-寄主植物互作的经典模型之一[2]。

1　烟草N基因

1.1N基因的克隆及其功能验证

1914年Allard等[3]发现，粘烟草及普通烟草与粘烟草的杂交后代在接种TMV后未表现出花叶症状，相反，接种叶片均发生HR，TMV则存在于坏死斑及其周围。Holmes[3]以普通烟草与粘烟草的渐渗杂交系为试验材料，对该材料的抗TMV遗传特性进行了较为系统的研究，并首次提出了“N”基因的概念，即“对TMV侵染的坏死型反应”（necrotic-typeresponsetoinfectionwith tobacco-mosaic virus）。研究认为，N基因是一个显性单基因，在普通烟草中的隐性等位基因被称为“n”。1994年，Whitham等[1]通过转座子标签法从抗TMV的普通烟草中克隆得到N基因，确定了N基因的序列、转录产物及编码蛋白的结构特点，并证实了N基因介导了烟草对TMV的抗性。随后，将N基因通过转基因技术转入番茄（Lycopersicon esculentum），再次确定N基因可导致转基因番茄对TMV产生HR反应，病毒局限于枯斑部位[4]。类似的结果也在本生烟（N.benthamiana）上被证实[5]。目前，除了TMV Ob生理小种（ToMV-Ob），N基因可介导烟草对其他所有的TMV小种产生HR[6]。

1.2N基因介导的过敏性坏死反应

N基因介导的抗TMV反应有两个特点：（1）TMV侵染含N基因烟草后约48 h就会产生HR，即烟草在侵染位点处形成坏死斑，病毒被限制在枯斑及其邻近部位。HR大致可分为两个阶段：侵染早期，入侵的细胞或组织急剧地解体；在随后一段相对较长的时间内，周围剩余组织再缓慢死亡[7]；（2）N基因介导的TMV抗性要求特定的温度范围。只有在28℃以下，受TMV侵染的N基因烟草才表现HR反应，当温度高于28℃时，TMV则在植株体内系统地传播，而温度重新降至28℃以下后，植株会发生系统性的HR，造成整株死亡[8]。N基因介导的“抗病温敏性”反映了病毒和寄主之间温敏性互作的特点。N基因烟草产生HR反应后，在随后的一段时间内植株能够获得系统抗性（systemic acquired resistance，SAR），对后续TMV及其他类似病原的入侵产生抗性[2]。

1.3N基因对应的无毒因子

根据Flor的“基因对基因”假说，在寄主植物中存在一个抗病基因R，在病原菌中就存在一个相应的无毒基因（avirulence，Avr）；由病原菌无毒基因编码的无毒因子作为激发子与其寄主植物的抗病基因产物相互作用，从而引发抗病反应[9]。TMV的基因组为一条单链正义RNA，全长6395 nt，编码至少4个蛋白，包括126 kDa和183 kDa的复制酶、30 kDa的病毒运动蛋白和17.5 kDa的病毒外壳蛋白[6]。早期研究发现，TMV 126-kDa的复制酶能够引起N基因介导的HR反应[6,10]。利用瞬时表达及转基因技术等进一步证实，位于126 kDa复制酶羧基端末端的约50 kDa的解旋酶片段（p50）能够导致N基因转录产物的积累，并有效地引起N基因介导的HR反应，且该HR反应也对温度敏感。因此，编码p50的核苷酸序列又被称为N基因对应的无毒基因[11,12]。

2　烟草N基因的编码产物及转录水平表达特性

2.1N基因编码蛋白的结构特点

N基因全长6656 bp，含有5个外显子和4个内含子，可转录出NS（3432 nt）和NL（1956 nt）2个转录本。NS编码的全长N蛋白由1144个氨基酸组成，分子量为131.4 kDa。其氨基酸端具有与果蝇Toll蛋白及哺乳动物白细胞介素-1受体（Toll and interleukin-1 receptor，TIR）的胞质区相似的结构域，称为TIR结构。N蛋白的中间区段含有形成核酸结合区（nucleotide-binding site，NBS）所需的P-loop、kinase 2和kinase 3a 3个结构域。216～223位的氨基酸序列为GMGGVGKT，符合P-loop的保守序列(A/G)XXXXGK(S/T)，在结合ATP/GTP的过程中起作用。N蛋白297～301位的氨基酸序列为LIVLD，符合Kinase 2a的结构特征，即4个连续疏水氨基酸紧挨1个天冬氨酸，在磷酸转移反应中催化二价阳离子Mg2+或Ca2+的可逆的转移。N蛋白320～325位的氨基酸序列为FGNGSR，符合Kinase 3a结构特征，该结构具有结合嘌呤或核糖的功能。N蛋白的羧基端为LRR（leucine-rich repeat）结构域，含有14个不完全的LRR重复。每个LRR约有26个氨基酸组成。由于LRR结构域多介导蛋白-蛋白或蛋白-细胞膜间的特异互作，推测N蛋白可能通过LRR结构所致的互作而行使功能[1,8]。

N基因内部第3个内含子中含有一个70 bp的交替外显子（alternative exon，AE）。该元件使N基因在转录时发生选择性剪切，形成另一个转录本NL。同时，选择性剪切导致相位改变，NL翻译形成一个截短的蛋白Ntr。Ntr蛋白由652个氨基酸组成，分子量为75.3 kDa，该蛋白含有TIR结构、NBS结构和1个LRR，移码突变导致其羧基端36个氨基酸不同于完整的N蛋白[1,8]。

N蛋白的TIR、NBS和LRR结构域与其识别TMV配体的蛋白复合物有关，能够激发信号转导途径诱导防御反应[1,8]。关键氨基酸基团的缺失和定点氨基酸突变表明，这3个结构域对N基因的功能都是不可缺少的[13]。

2.2N蛋白的定位及其寡聚化

植物某些R蛋白的亚细胞定位取决于其Avr。通过定位试验或细胞组分分离检测，N蛋白和p50在细胞核和细胞质中均有分布。在寄主植物其他蛋白因子的协助下，细胞质中的N蛋白识别p50，而细胞核内的N蛋白起始抗病反应。N基因的TMV抗性需要N蛋白的细胞核内定位，但与p50的细胞核内定位无关[14]。

TIR-NBS-LRR抗病蛋白家族与哺乳动物的NOD 蛋 白 （ nucleotide binding oligomerization domain proteins）家族、类Toll受体家族（Toll-like receptors，TLRs）和白细胞介素-1受体家族（interleukin-1 receptors，IL-1R）在结构上存在很大相似性。后三者均存在寡聚化（oligomerization）的特点。研究发现，N蛋白在p50存在的情况下可发生寡聚化[15]。对N基因突变体聚合能力和抗TMV功能进行检测发现，N蛋白的p-loop环发生氨基酸突变，影响N的聚合，N蛋白丧失抗病毒功能；RNBS-A结构域和TIR结构域内的氨基酸突变可导致N蛋白的抗病功能削弱，但具有聚合的能力。因此，推测N蛋白的寡聚化位于N基因介导的抗病反应的上游[15]。

2.3烟草N基因的表达特性

NS和NL的表达受TMV侵染和温度的诱导和调控。早期研究发现，健康和TMV侵染后前3 h的烟草中，N基因的转录产物以NS为主；TMV侵染后4～8 h内，转录产物则以NL为主，表明烟草在感受TMV入侵的信号后，通过调控N基因的可变剪切，分配NS和NL的比率和表达时间来抵抗病毒。N基因下游基因组调控序列（3?genomic regulatory sequences，3?GS）和第III内含子中包含的AE元件均能影响到可变剪切，它们在N基因介导的抗TMV过程中发挥十分关键的作用[16]。Levy等[17]采用实时荧光定量PCR试验发现，接种TMV后，烟草接种叶和上位叶中N基因的转录水平明显上调，分别增至接种前的38倍和165倍，而接种马铃薯Y病毒（potato virus Y，PVY）后其转录水平无变化，表明TMV侵染可特异地诱导N基因转录水平的上调。更深入的研究发现，N基因转录水平上调需要同时具备两个要素，即TMV的侵染复制和一定时段的低温处理（20℃，2～6 h）。只有低温处理达到一定阈值后，N基因转录产物积累到某种程度后，植物才会诱发产生HR。烟草对TMV的完全抗性需要NS和NL的协同参与，缺少任何一种都导致转N基因烟草不具备对TMV的完全抗性[12]。

3　烟草N基因介导的抗TMV信号转导分子机制

植物利用其自身的R基因抵御病原物入侵这一过程大致分为病原物的识别、信号转导和防卫反应3个阶段。烟草N基因介导的TMV抗性也不例外。目前，多个与N基因介导的抗TMV信号转导相关的基因得到相继鉴定与分离，一些信号转导的模型或假设也在此基础上逐渐形成。

3.1N蛋白与其无毒因子p50的互作

目前，N蛋白是否可直接结合其无毒因子p50还存在争议。2006年Ueda等[18]的研究发现，（1）p50可直接结合N蛋白；（2）两者互作需要ATP的参与，即ATP需先与N蛋白形成ATP/N蛋白复合体；（3）N蛋白具有ATP酶活性，而p50可以提高该活性。N蛋白在ATP存在的条件下，其自身可产生分子内或分子间的互作，而p50可干扰该互作过程。因此，推测N蛋白可与ATP形成复合体，p50与之互作后提高了N蛋白的ATP水解活性，导致ADP/N蛋白复合体构象改变，从而加速了其与下游信号因子的互作。Burch-Smith等[14]认为，N蛋白通过其TIR结构与p50在细胞质中发生间接地相互作用，p50与N不能直接结合，还需要植物中其他辅助因子的参与。

3.2参与N基因介导的抗TMV过程中的植物蛋白因子

尽管N蛋白与p50是否直接互作还存在不同观点，但目前研究表明，绝大多数R蛋白是借助植物中的其他辅助因子间接识别其Avr蛋白的[14]。这种观点与“防卫假说”（guard hypothesis）基本一致。防卫假说认为，在病原物建立侵染的过程中，Avr蛋白引起了寄主植物中某种蛋白的变化（该蛋白通常情况下可受Avr的招募）。植物R基因可通过监控植物自身蛋白或蛋白复合物的变化，间接地识别Avr或病原[9]。目前，从烟草中分离到的参与N介导的抗TMV反应的蛋白因子包括激酶、转录因子、热击蛋白和一些生物酶等。

3.2.1NRIP 1NRIP1（N receptor-interacting protein 1）是利用酵母双杂交方法鉴定得到的一种与N蛋白的TIR结构域和p50均产生相互作用的硫氰酸酶（硫转移酶）。沉默该基因后，N基因介导的TMV抗性受到一定程度的削弱。NRIP1通常定位于叶绿体，p50改变了它的定位，使之在细胞质和细胞核中也有分布。在p50存在的条件下NRIP1才与N结合。推测NRIP1在受到p50的招募后，部分蛋白的定位发生改变，与p50形成蛋白复合体，而后该复合体被N蛋白识别，激活了抗病的信号传导过程[19]。

3.2.2SPL6SPL6（squamosa promoter binding

protein-like 6）是一个含有保守的SBP（squamosa promoter binding protein）结构域的转录因子。研究发现，在Avr基因p50存在的条件下，SPL1与N蛋白在核小体内互作。N蛋白NBS结构域中的P-loop区是ATP结合位点，该区段对N的抗TMV能力和维持N-NbSPL6的互作十分关键，但该区域的突变不影响N-p50的结合，因此推测N蛋白与ATP的结合对N-NbSPL6十分重要。利用病毒介导的基因沉默技术（virus-induced gene silencing，VIGS）试验表明N基因介导的TMV抗性需要SPL6的参与，沉默该基因后植株对TMV的抗性减弱[20]。核定位的RPS4介导的抗病过程需要SPL6的参与，而细胞膜定位的RPM1和RPS2介导的抗病过程则不需要SPL6的参入。因此推测，SPL6正向调控了两种不同的TIR-NBS-LRR类R基因抗性的信号转导过程[20]。

3.2.3Rar1、EDS1和NRP1/NIM1Rar1、EDS1 和NRP1/NIM1是已被鉴定的参与R或水杨酸介导的抗病反应的基因。Rar1是含有两个串联的CHORD（cysteine-and histidine-rich domains）锌指结构的锌离子结合蛋白，最早从大麦中获得，参与大麦多个R基因介导的白粉病抗性和调控侵染细胞内过氧化氢的积累[21]。EDS1（enhanced disease susceptibility 1）是拟南芥中报道的一个类脂肪水解酶基因，该基因参与多个TIR-NBS-LRR类基因（RPS4、SNC1和RPS6等）介导的抗卵菌过程[22]，其缺失突变体的抗病性明显降低。NPR1/NIM1 （nonexpressor of PR genes 1/noninducible immunity 1）是一个转录因子调节蛋白，该蛋白正向调控抗病基因的表达，参与水杨酸介导的系统获得性抗性SAR[23]。为确定Rar1、EDS1和NRP1/NIM1在N介导的抗TMV信号转导过程中的作用，利用VIGS分别沉默含N基因本生烟中的NbRar1、NbEDS1 和NbNRP1。结果发现，烟草的抗TMV能力均受到不同程度的削弱，表明三者均参与N介导的抗TMV信号传导路径[5]。

3.2.4SGT1、Hsp90和COP9蛋白互作方面的研究发现，Rar1可直接结合SGT1和Hsp90。SGT1 （suppressor of G2 allele of Skp1）是细胞中一种特殊的SCF连接酶E3复合体的组分。以本生烟为试验材料发现，NbRar1、NbSGT1同时与参与泛素-蛋白酶体介导的蛋白降解过程的COP9信号转导体（COP9 signalosome，CSN）在体内产生互作，形成NbRar1-NbSGT1-COP9复合体。VIGS试验表明，沉默NbSKP1、NbSGT1、COP9信号转导体的亚基NbCSN3和NbCSN8，N基因介导的TMV抗性减弱，表明三者均参与了该信号转导过程，同时也意味着该抗病过程涉及蛋白的泛素化[24]。

Hsp90是真核生物细胞中普遍存在且高度保守的依赖ATP的分子伴侣，它参与细胞内多种生物学过程，具有重要的生理功能。当NbRar1与Hsp90互作时，由于Hsp90可直接结合N蛋白，因此形成N-Hsp90-NbRar1-NbSGT1复合体。VIGS试验也证实沉默Hsp90导致N基因介导的TMV抗性减弱，表明Hsp90参与了信号转导[24,25]。

3.2.5MAPK级联系统N基因介导的抗TMV信号转导过程涉及蛋白可逆磷酸化。利用蛋白酶抑制剂进行药理学研究表明，一些激酶和磷酸酶参与对TMV的防御反应[26]。TMV侵染含N基因烟草后导致两种分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的激活，分别是48 kDa的水杨酸诱导蛋白激酶（salicylic acid-induced protein kinase，SIPK）和 44 kDa的伤诱导蛋白激酶（wound-induced protein kinase，WIPK）。其中，TMV对WIPK的激活依赖于N蛋白，而不依赖于水杨酸。TMV侵染所造成的WIPK在转录水平的上调和蛋白水平的激活通常是系统性的。WIPK也是SIPK的激活对象[27]。NtMEK2是位于两激酶上游的MAPK，它能激活后两者的活性。表达SIPK/WIPK 或 单 独 表 达 组 成 型 NtMEK2 （NtMEK2DD）均可引起类似HR的细胞死亡。采用VIGS技术抑制这3个MAPK的表达，均能有效地削弱N基因介导的TMV抗性[28,29]。SIPK和WIPK的活化可进一步激活某些WRKY转录因子活性，从而导致含有W-box顺式元件抗病基因的上调。推测NtMEK2-SIPK/WIPK级联反应可能通过激活一些WRKY转录因子调控下游抗病基因表达，在N基因介导的抗性过程中发挥正向调控作用[30]。

Hsp90、MAPK级联反应和线粒体失活均与TMV引起的HR反应有关。研究发现，在植物中沉默Hsp90或抑制Hsp90的活性，只削弱了由p50诱发的HR，而对NtMEK2或Bax过表达导致HR无影响。抑制Hsp90也降低了NtMEK2、WIPK和SIPK的活力。缺失WIPK和SIPK，削弱了p50和NtMEK2诱发的HR反应。这表明Hsp90位于MAPK级联系统的上游。因此，在N基因介导的抗病过程中，抗病信号按照Hsp90-MAPKs-线粒体失活的顺序向下游传递最终引起了细胞死亡[31]。

3.2.6NbCRT2、NbCRT3、NbERp57和NbP52009 年Caplan等[32]利用双向电泳和iTRAQ技术，分析了TMV侵染前后烟草中的表达差异蛋白，发现病毒侵染后的上调蛋白多是细胞质分子伴侣和内质网分子伴侣。沉默内质网的硫键异构酶基因NbERp57、NbP5和钙网蛋白基因 NbCRT2和NbCRT3均导致抗TMV能力的部分丧失。NbCRT2 和NbCRT3在一个类诱导受体激酶IRK表达中发挥作用，后者则是一个定位于细胞膜的激酶，在N介导的超敏反应、细胞程序性死亡和TMV抗性所需。这些数据表明定位于内质网的分子伴侣也参与N介导的TMV抗病反应[32]。

3.2.7WRK类伤诱导受体蛋白激酶（wound-induced receptor-like protein kinase，WRK）是烟草中分离得到的一个在依赖N基因的过敏性细胞死亡过程的早期阶段上调表达的基因，该基因编码一个富LRR结构的类受体激酶，具有谷胱苷肽S-转移酶活性。该基因的表达受损伤的诱导，具有温敏特性[33]。沉默WRK导致SIPK和WIPK的活力下降。推测WRK在SIPK和WIPK的上游发挥作用，参与损伤信号转导过程，该基因在N介导的TMV抗性过程中的作用还需进一步研究[34]。

3.3N基因介导的信号转导模型

2013年Dinesh-Kumar课题组[20]综合多年的研究结果，提出了N基因介导的TMV识别过程及下游抗病基因诱导过程。在TMV未侵染的细胞中，N蛋白（或借助寄主蛋白）处于活性被抑制的状态，分布在细胞核和细胞质中。NRIP1定位于叶绿体中，核内的N蛋白并未与SPL6结合。当TMV通过机械损伤进入植物体内后，病毒在细胞质中脱壳，进行复制、转录和翻译。病毒126 kDa的复制酶或p50激发子引起了NRIP1的重新定位，NRIP1与p126 或p50结合后，被细胞质中的N蛋白识别，三者形成NRIP1-p50-N复合体。随着三者的结合，p50引起了N蛋白构象上的变化（该变化可能需要ATP结合或水解）。结合ATP的N蛋白进入细胞核，与SPL6互作从而激活了下游抗性基因的表达。另一种可能是，在NRIP1-p50-N复合体形成后，N蛋白利用LRR区域与p50形成次级结合，释放出TIR-NBS区段以提高核酸结合能力，促成N蛋白的聚合。该聚合过程不排除其他寄主蛋白的协助。聚合且处于激活状态的N蛋白进入核内，与SPL6结合，引起下游基因的表达。

另外一种N基因介导的信号转导过程涉及Hsp90和MAPK级联反应。TMV p50激活N基因的表达后，N通过某种机制将信号传递给Hsp90，Hsp90进而通过MAPK级联反应放大信号，导致线粒体的机能失调，进而引起细胞死亡[31]。或通过该途径激活某些参与抗病过程的WRKY转录因子的表达，由WRKY诱导或上调抗病基因的表达水平，引起植物的抗病反应[30]。

4　问题与展望

近年来，N基因介导的TMV信号转导的分子机制研究取得了很大进展，一些参与该过程的基因被分离并得以鉴定。但由于该过程涉及多个通路、多个细胞器和众多蛋白复合体的参与，还有很多问题悬而未决，阐明其抗病机理尚需大量深入细致的研究。TMV寄主广泛，能够侵染200多种植物，不仅严重危害烟草的农业生产，也是其他蔬菜类作物，尤其是茄科、葫芦科等经济作物的重要病原，造成的经济损失十分重大。在目前已发现的抗TMV基因中，N基因介导的抗性最广泛且最有效。如何高效利用N基因是研究人员亟待解决的问题。

[1]Whitham S,Dinesh-Kumar S P,Choi D,et al.The product of the tobacco mosaic virus resistance gene N: similarity to toll and the interleukin-1 receptor[J].Cell, 1994,78(6):1101-1115.

[2]Marathe R,Anandalakshmi R,Liu Y,et al.The tobacco mosaic virus resistance gene,N[J].Mol Plant Pathol, 2002,3(3):167-172.

[3]Holmes F O.Inheritance of resistance to tobacco mosaic disease in tobacco[J].Phytopathology,1938,28(8): 553-561.

[4]Whitham S,McCormick S,Baker B.The N gene of tobacco confers resistance to tobacco mosaic virus in transgenic tomato[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1996, 93(16):8776-8781.

[5]Liu Y,Schiff M,Marathe R,et al.Tobacco Rar1,EDS1 and NPR1/NIM1 like genes are required for N-mediated resistance to tobacco mosaic virus[J].Plant J,2002,30(4): 415-429.

[6]Padgett H S,Beachy R N.Analysis of a tobacco mosaic virus strain capable of overcoming N gene-mediated resistance[J].Plant Cell,1993,5(5):577-586.

[7]Wright K M,Duncan G H,Pradel K S,et al.Analysis of theNgenehypersensitiveresponseinducedbya fluorescentlytaggedtobaccomosaicvirus[J].Plant Physiol,2000,123(4):1375-1386.

[8]Dinesh-KumarSP,WhithamS,ChoiD,etal. Transposon tagging of tobacco mosaic virus resistance gene N:its possible role in the TMV-N-mediated signal transduction pathway[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1995, 92(10):4175-4180.

[9]Jones J D G,Dangl J L.The plant immune system[J]. Nature,2006,444(7117):323-329.

[10]Padgett H S,Watanabe Y,Beachy R N.Identification of theTMVreplicasesequencethatactivatestheN gene-mediated hypersensitive response[J].Mol Plant Microbe Interact,1997,10(6):709-715.

[11]Erickson F L,Holzberg S,Calderon-Urrea A,et al.The helicase domain of the TMV replicase proteins induces the N-mediated defence response in tobacco[J].Plant J, 1999,18(1):67-75.

[12]Takabatake R,Seo S,Mitsuhara I,et al.Accumulation of the two transcripts of the N gene,conferring resistance to tobacco mosaic virus,is probably important for N gene-dependent hypersensitive cell death[J].Plant Cell Physiol,2006,47(2):254-261.

[13]Dinesh-KumarSP,ThamWH,BakerBJ. Structure-function analysis of the tobacco mosaic virus resistance gene N[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2000, 97(26):14789-14794.

[14]Burch-Smith T M,Schiff M,Caplan J L,et al.A novel rolefortheTIRdomaininassociationwith pathogen-derived elicitors[J].PLoS Biol,2007,5(3):e68.

[15]MestreP,BaulcombeDC.Elicitor-mediated oligomerization of the tobacco N disease resistance protein[J].Plant Cell,2006,18(2):491-501.

[16]Dinesh-Kumar S P,Baker B J.Alternatively spliced N resistance gene transcripts:their possible role in tobacco mosaic virus resistance[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2000,97(4):1908-1913.

[17]Levy M,Edelbaum O,Sela I.Tobacco mosaic virus regulates the expression of its own resistance gene N[J]. Plant Physiol,2004,135(4):2392-2397.

[18]Ueda H,Yamaguchi Y,Sano H.Direct interaction between the tobacco mosaic virus helicase domain and the ATP-bound resistance protein,N factor during the hypersensitive response in tobacco plants[J].Plant Mol Biol,2006,61(1-2):31-45.

[19]Caplan J L,Mamillapalli P,Burch-Smith T M,et al. Chloroplastic protein NRIP1 mediates innate immune receptor recognition of a viral effector[J].Cell,2008, 132(3):449-462.

[20]Padmanabhan M S,Ma S,Burch-Smith T M,et al.Novel positive regulatory role for the SPL6 transcription factor in the N TIR-NB-LRR receptor-mediated plant innate immunity[J].PLoS Pathog,2013,9(3):e1003235.

[21]Shirasu K,Lahaye T,Tan M W,et al.A novel class of eukaryotic zinc-binding proteins is required for disease resistance signaling in barley and development in C. elegans[J].Cell,1999,99(4):355-366.

[22]Heidrich K,Wirthmueller L,Tasset C,et al.Arabidopsis EDS1 connects pathogen effector recognition to cell compartment-specificimmuneresponses[J].Science, 2011,334(6061):1401-1404.

[23]Cao H,Glazebrook J,Clarke J D,et al.The Arabidopsis NPR1 gene that controls systemic acquired resistance encodes a novel protein containing ankyrin repeats[J]. Cell,1997,88(1):57-63.

[24]Liu Y,Schiff M,Serino G,et al.Role of SCF ubiquitin-ligase and the COP9 signalosome in the N gene-mediated resistance response to Tobacco mosaic virus[J].Plant Cell,2002,14(7):1483-1496.

[25]Liu Y,Burch-Smith T,Schiff M,et al.Molecular chaperone Hsp90 associates with resistance protein N and its signaling proteins SGT1 and Rar1 to modulate an innate immune response in plants[J].J Biol Chem,2004, 279(3):2101-2108.

[26]Zhang S,Klessig D F.Resistance gene N-mediated de novosynthesisandactivationofatobacco mitogen-activated protein kinase by tobacco mosaic virus infection[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1998,95(13): 7433-7438.

[27]Liu Y,Jin H,Yang K Y,et al.Interaction between two mitogen-activated protein kinases during tobacco defense signaling[J].Plant J,2003,34(2):149-160.

[28]YangKY,LiuY,ZhangS.Activationofa mitogen-activated protein kinase pathway is involved in disease resistance in tobacco[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2001,98(2):741-746.

[29]Jin H,Liu Y,Yang K Y,et al.Function of a mitogen-activatedproteinkinasepathwayinN gene-mediated resistance in tobacco[J].Plant J,2003, 33(4):719-731.

[30]Kim C Y,Zhang S.Activation of a mitogen-activated proteinkinasecascadeinducesWRKYfamilyof transcription factors and defense genes in tobacco[J]. Plant J,2004,38(1):142-151.

[31]Takabatake R,Ando Y,Seo S,et al.MAP kinases functiondownstreamofHSP90andupstreamof mitochondriainTMVresistancegeneN-mediated hypersensitive cell death[J].Plant Cell Physiol,2007, 48(3):498-510.

[32]Caplan J L,Zhu X,Mamillapalli P,et al.Induced ER-chaperones regulate a novel receptor-like kinase to mediate a viral innate immune response[J].Cell Host Microbe,2009,6(5):457-469.

[33]Ito N,Takabatake R,Seo S,et al.Induced expression of a temperature-sensitiveleucine-richrepeatreceptor-like protein kinase gene by hypersensitive cell death and wounding in tobacco plant carrying the N resistance gene[J].Plant Cell Physiol,2002,43(3):266-274.

[34]Takabatake R,Seo S,Ito N,et al.Involvement of wound-induced receptor-like protein kinase in wound signal transduction in tobacco plants[J].Plant J,2006, 47(2):249-257.

The Tobacco N Gene and the Signal Transduction of N-mediated TMV Resistance

WANG Qian,LIU Guanshan*
(Tobacco Research Institute,ChineseAcademy ofAgricultural Sciences,Qingdao 266101,China)

Tobacco N gene,cloned from wild tobacco Nicotiana glutinosa,confers resistance to tobacco mosaic virus(TMV)by recognizing the helicase domain of 126 kDa TMV replicase and triggering the hypersensitive reaction at the infection site in plants. The N-TMV interaction is one of the earliest and most studied models of plant-pathogen interaction.Here,we review the isolation, expression,protein structure-function analysis of N gene and the current understanding of the N-mediated signal transduction and other aspects.

N gene;tobacco;TMV;signal transduction

S572.03

1007-5119（2016）03-0093-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.03.016

中国烟草总公司基因组重大专项项目[110201301005（JY-05）]

王倩（1984-），副研究员，主要从事烟草突变体研究。E-mail：wangqian01@caas.cn。*通信作者，Email:liuguanshan@caas.cn

2016-05-15

2016-06-23