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效应因子触发植物免疫的广谱图

已有 2953 次阅读 2020-2-19 13:26 |个人分类:文献阅读|系统分类:科研笔记

文章题目

The pan-genome effector-triggered immunity  landscape of a host-pathogen interaction

所属期刊 SCIENCE

本文主要内容:

研究人员构建了丁香假单胞菌III型效应蛋白谱(PsyTEC),揭示了ETI反应在广谱寄主范围内仅仅通过少数的NLRs介导,同时发现潜在的寄主和病原互作的遗传基础,为广谱抗病育种提供新的靶点,作者还推测躲避宿主ETI可能是病原发挥毒力的关键,effector的剂量也有可能有利于病原菌毒力发挥达到最优化。

背景知识:

植物免疫分为两个层次,PTI作为植物免疫的第一层,一般由位于细胞质膜上的PRRS通过识别进化上保守的PAMPs来提供广谱抗性。而ETI作为针对病原菌的第二道防线,一般具有特异性,总是针对特异的病原菌以及特异的effector。鉴于ETI的基因型特异性,目前尚不清楚它是否普遍存在,是否对携带一套动态效应器的不同细菌病原体种类广泛有效。虽然第一个丁香假单胞菌的effector在1984年被克隆出来,但到目前为止,通过拟南芥NLRs诱导ETI鉴定出的丁香假单胞菌effector的等位基因只有九个。我们对丁香假单胞菌物种中效应器的遗传多样性、它们介导的ETI相互作用的范围以及ETI是否有助于广谱植物抗性的了解仍然相对较少。

一、构建丁香假单胞菌III型效应蛋白谱(PsyTEC)

【BLASTP】通过对28个国家的100种寄主植物的494中丁香假单胞菌株的基因组进行序列比对→将分析结果使用严格的同源性标准划分为70个同源家族和89个亚家族→【UCLUST聚类】→基于三个标准构建PsyTEC:1effector序列在起始密码子的上游的10kbp内包含Hrp-box启动子序列2Hrp-box上游序列及effector序列没有简并碱基3effector和Hrp-box上游的25bp没有简并碱基,也不在重复序列末尾→重复验证PsyTEC数据库的完整性。

二、拟南芥对丁香假单胞菌effector的广泛识别

为了鉴定到丁香假单胞中所有可以引起拟南芥ETI的effector

作者首先证实了喷雾接种PtoDC3000在7天内导致了黄化病症状,而接种了表达ETI诱导效应基因HopZ1a的PtoDC3000的植株保持了相对绿色和健康的状态→【PIDIQ】用植物内细菌生长植和物病害症状对整体植物健康的定性测量→【Western blot】检测了每个effector在HRP诱导下的蛋白表达(76.0%)→筛选到59个可以诱导ETI反应的效应因子,来源于19个蛋白家族,具有致病表型保守性→对494中丁香假单胞菌的ETI进行评估

三、拟南芥对丁香假单胞菌的抗性是由少量的NLR蛋白决定的。

对跟ETI相关的NLRs蛋白进行筛选→通过表型实验确认关系→鉴定出两个新的NLR基因BAR1/CAR1→【CRISPR-Cas9】进一步验证→发现拟南芥对丁香假单胞菌完全免疫仅仅通过极少的NLRs蛋白介导

四、单个ETI反应可以确定宿主的可靠性

作者测试了单个NLR是否可以根据它们的同源effevtor的存在来限制菌株在拟南芥上生长的能力→对比两个不同菌株PmaYM7930和PmaES4326发现两者情况的差异主要是是否含有HopAR1→喷雾接种试验表明,在拟南芥Col-0上,PmaYM7930产生的病害症状可以忽略不计,最终生长密度比PmaES4326低约两个数量级→作者推测,在PmaYM7930中存在HopAR1由A.thaliana NLR RPS5识别是主要原因。因此作者将PmaYM7930感染拟南芥Col-0 rps5突变时,发现该菌株在植物中的生长提高到了PmaES4326的水平,并相应地增加了病害症状。→作者又在遗传距离较远的菌株上这种关联关系很弱→单个NLR-effector相互作用有可能改变特定宿主病原体相互作用的结果,但这可能不足以确定宿主的特异免疫。

新增知识点总结

hrp 基因广泛存在于植物病原 致病细菌中, 参与HrpⅢ型分泌系统的组装,通过该系统,可以将多种病原菌效应蛋白(包括Avr 蛋白) 、harpin 蛋白以及其他致病性因子分泌转运到植物体内,在非寄主或抗性植物上激发HR 或导致抗病性,而在感病寄主植物上引起病害。因此, hrp 基因在avr-R 基因介导的抗性表达、致病性和决定寄主范围中起重要作用。



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1 王汉森

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