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    PNAS | 馬鈴薯晚疫病效應因子與植物S因子作用新機制

    2018-07-31 10:22 | 作者: LJY | 標簽: 馬鈴薯晚疫病

    植物對病原菌的防衛具有PTI (PAMP/Pattern-triggered immunity) 與ETI (effector-triggered immunity) 兩層抵御機制。而病原菌可通過將效應因子輸送至植物細胞與植物蛋白相互作用從而削弱植物抗病性。因此鑒定效應因子及其作用蛋白可以更好地了解植物的感病機制。研究表明,一類效應因子可以通過抑制植物抗病的正調控因子發揮作用,而另一類則與命名為S (susceptibility) 因子的抗病負調控因子結合使其作用增強,達到增強植物感病性的目的。

    馬鈴薯晚疫病(potato late blight) 由致病疫霉 (P. infestans) 引起,是導致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛的一種毀滅性卵菌病害。致病疫霉通過分泌RXLR類效應因子到宿主細胞內抑制植物抗病性【1】。已有研究表明,一些RXLR類效應因子會作用到S因子,但其中的作用機制目前還不清楚。


    馬鈴薯晚疫?。╡n.wikipedia.org/wiki/Phytophthora_infestans)

    近日,PNAS在線發表了英國鄧迪大學(University of Dundee),James Hutton Institute,Paul Birch教授研究組題為Plant pathogen effector utilizes host susceptibility factor NRL1 to degrade the immune regulator SWAP70的研究論文,詳細闡述了馬鈴薯致病疫霉效應因子與S因子的作用機制。



    該研究組在前期研究中鑒定了RXLR類效應因子Pi02860的作用蛋白NRL1【2】。NRL1是一種植物抗病的S因子,可以抑制P. infestans分泌的小分子物質INF1誘發的細胞死亡 (INF1-triggered cell death, ICD),是Pi02860誘導的植物感病性的關鍵蛋白【1】。然而Pi02860如何調控NRL1的作用機制并不清楚。

    在這項最新的研究中,該研究組繼續深入探究內在機制,利用Y2H篩選到NRL1的作用底物SWAP70。SWAP70定位在胞內體,是植物抗病的正調控因子,通過促進ICD對抗致病疫霉。在煙草中沉默SWAP70基因可以增強致病疫霉菌的增殖及降低ICD程度,過表達SWAP70可以降低P. infestans侵染程度并增強ICD。


    SWAP70是植物抗病的正調控因子

    體內體外生化試驗證明,NRL1與SWAP70蛋白存在相互作用。NRL1具有BTB結構域,被預測為CULLIN3類E3泛素酶底物的銜接蛋白。因此,NRL1可能參與SWAP70蛋白穩定性調控。研究人員發現,單獨或同時表達Pi02860和 NRL1均可誘導SWAP70被蛋白酶體降解。Pi0286突變或NRL1基因沉默可干擾SWAP70蛋白與NRL1相互作用,從而抑制SWAP蛋白的降解。因此,NRL1通過促進SWAP70的蛋白降解負調節植物抗病性。

    NRL1需要形成二聚體來識別SWAP70從而使其降解,突變NRL1的BTB結構域保守氨基酸Asp28及Lys42使其不能形成二聚體,這種突變型的NRL1蛋白不能與SWAP70互作,但是可以與Pi02860互作。在效應因子Pi02860存在的情況下突變型的NRL1蛋白可抑制SWAP70的降解并降低P. infestans侵染性。說明這兩個位點對維持NRL1二聚體結構及NRL1蛋白功能具有重要作用。Pi02860可增強NRL1與SWAP70的相互作用,促進蛋白酶介導的蛋白降解,從而抑制植物抗病性。


    病原菌效應因子Pi02860調控植物抗病因子NRL1及SWAP70的分子機制示意圖 (He et al., 2018)


    該研究揭示了病原菌效應因子如何利用植物抗病負調節因子增強病原菌侵染能力的分子機制,并提出阻止SWAP70的降解可成為一種防治馬鈴薯晚疫病的分子策略,為農作物品種改良提供理論依據。

    參考文獻
    1. Yang L, et al. (2016) Potato NPH3/RPT2-like protein StNRL1, targeted by a Phytophthora infestans RXLR effector, is a susceptibility factor. Plant Physiol 171:645–657.
    2. Wang S, et al. (2017) Delivery of cytoplasmic and apoplastic effectors from Phytophthora infestans haustoria by distinct secretion pathways. New Phytol 216: 205–215.

    來源:BioArt植物

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