PNAS | 马铃薯晚疫病效应因子与植物S因子作用新机制

2018-07-31 | 作者: LJY | 标签: 马铃薯晚疫病

植物对病原菌的防卫具有PTI (PAMP/Pattern-triggered immunity) 与ETI (effector-triggered immunity) 两层抵御机制。而病原菌可通过将效应因子输送至植物细胞与植物蛋白相互作用从而削弱植物抗病性。因此鉴定效应因子及其作用蛋白可以更好地了解植物的感病机制。研究表明,一类效应因子可以通过抑制植物抗病的正调控因子发挥作用,而另一类则与命名为S (susceptibility) 因子的抗病负调控因子结合使其作用增强,达到增强植物感病性的目的。

马铃薯晚疫病(potato late blight) 由致病疫霉 (P. infestans) 引起,是导致马铃薯茎叶死亡和块茎腐烂的一种毁灭性卵菌病害。致病疫霉通过分泌RXLR类效应因子到宿主细胞内抑制植物抗病性【1】。已有研究表明,一些RXLR类效应因子会作用到S因子,但其中的作用机制目前还不清楚。


马铃薯晚疫病(en.wikipedia.org/wiki/Phytophthora_infestans)

近日,PNAS在线发表了英国邓迪大学(University of Dundee),James Hutton Institute,Paul Birch教授研究组题为Plant pathogen effector utilizes host susceptibility factor NRL1 to degrade the immune regulator SWAP70的研究论文,详细阐述了马铃薯致病疫霉效应因子与S因子的作用机制。



该研究组在前期研究中鉴定了RXLR类效应因子Pi02860的作用蛋白NRL1【2】。NRL1是一种植物抗病的S因子,可以抑制P. infestans分泌的小分子物质INF1诱发的细胞死亡 (INF1-triggered cell death, ICD),是Pi02860诱导的植物感病性的关键蛋白【1】。然而Pi02860如何调控NRL1的作用机制并不清楚。

在这项最新的研究中,该研究组继续深入探究内在机制,利用Y2H筛选到NRL1的作用底物SWAP70。SWAP70定位在胞内体,是植物抗病的正调控因子,通过促进ICD对抗致病疫霉。在烟草中沉默SWAP70基因可以增强致病疫霉菌的增殖及降低ICD程度,过表达SWAP70可以降低P. infestans侵染程度并增强ICD。


SWAP70是植物抗病的正调控因子

体内体外生化试验证明,NRL1与SWAP70蛋白存在相互作用。NRL1具有BTB结构域,被预测为CULLIN3类E3泛素酶底物的衔接蛋白。因此,NRL1可能参与SWAP70蛋白稳定性调控。研究人员发现,单独或同时表达Pi02860和 NRL1均可诱导SWAP70被蛋白酶体降解。Pi0286突变或NRL1基因沉默可干扰SWAP70蛋白与NRL1相互作用,从而抑制SWAP蛋白的降解。因此,NRL1通过促进SWAP70的蛋白降解负调节植物抗病性。

NRL1需要形成二聚体来识别SWAP70从而使其降解,突变NRL1的BTB结构域保守氨基酸Asp28及Lys42使其不能形成二聚体,这种突变型的NRL1蛋白不能与SWAP70互作,但是可以与Pi02860互作。在效应因子Pi02860存在的情况下突变型的NRL1蛋白可抑制SWAP70的降解并降低P. infestans侵染性。说明这两个位点对维持NRL1二聚体结构及NRL1蛋白功能具有重要作用。Pi02860可增强NRL1与SWAP70的相互作用,促进蛋白酶介导的蛋白降解,从而抑制植物抗病性。


病原菌效应因子Pi02860调控植物抗病因子NRL1及SWAP70的分子机制示意图 (He et al., 2018)


该研究揭示了病原菌效应因子如何利用植物抗病负调节因子增强病原菌侵染能力的分子机制,并提出阻止SWAP70的降解可成为一种防治马铃薯晚疫病的分子策略,为农作物品种改良提供理论依据。

参考文献
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.

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来源:BioArt植物

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