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Thorsten Nürnberger/张丽莎团队揭示十字花科植物识别真菌的特殊机制

已有 626 次阅读 2021-7-30 08:51 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2021年7月29日晚23时,德国图宾根大学植物分子生物学研究中心在《自然—植物》发表研究论文——“Distinct immune sensor systems for fungal endopolygalacturonases in closely related Brassicaceae”,揭示十字花科植物中存在不同的免疫受体,特异性识别来自真菌的多聚半乳糖醛酸酶(endopolygalacturonases,简称PG)并激活植物免疫。


本研究在图宾根大学植物分子生物学研究中心生物化学系张丽莎博士Thorsten Nürnberger教授主导下完成,并得到来自荷兰瓦赫宁根大学、德国埃尔朗根-纽伦堡大学等团队的支持和参与。


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在自然界,植物主要依赖于两类免疫受体感知和识别环境变化。一类是定位于细胞表面的模式识别受体(PRR),其主要识别来自微生物的保守分子结构(PAMP,亦称MAMP)激活植物免疫(PTI);另一类主要存在于细胞内的效应因子识别受体(NLR),通常识别病原物特异的效应因子并激活植物免疫(ETI)。越来越多的研究证据显示,PTI和ETI在信号传递过程中相互依存。


PRR受体具有胞外配体识别结构域、跨膜结构域、和胞内结构域。PRR受体可依据胞外结构域分为LRR受体、LysM受体、lectin受体等;也可以根据其胞内是否具有激酶结构域分为RK受体和RP受体。


2014年,荷兰瓦赫宁根大学植物病理系Jan van Kan团队通过图位克隆方法发现,模式植物拟南芥中,存在一个具有LRR胞外结构的RP受体AtRLP42(RBPG1),它能够识别真菌所分泌的PG蛋白引起叶片的过敏性坏死。


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拟南芥(Col-0)免疫受体RLP42识别灰霉菌PG蛋白引起叶片坏死。图片来自于2014年已发表论文(https://doi.org/10.1104/pp.113.230698)


随着该研究在图宾根大学Thorsten Nürnberger团队的继续深入,AtRLP42与PG在结构层面的识别机制得到了深入揭示。


首先,AtRLP42仅识别PG蛋白的9个氨基酸(pg9(At))就足以引起PTI反应;结构分析显示,AtRLP42与pg9(At)的识别机制类似于植物内源促生长因子PSK与其受体PSKR的识别,主要依赖于接近AtRLP42氮端第3、5、7、10个LRR结构域以及靠近跨膜结构的ID结构域;pg9(At)中的天冬酰胺、苯丙氨酸、以及天冬氨酸等对于免疫受体的识别起决定性作用,这也揭示了真菌PG蛋白被特异性识别的原因。与拟南芥中其它已发现的PRR受体不同,AtRLP42仅存在于少数生态型中(约30%),其在种群进化中的分布更接近于NLR受体而非传统的PRR受体;AtRLP42激活的免疫反应伴随着植物坏死,该现象也更接近NLR受体引起的ETI而非拟南芥中所发现的其它PTI反应。


该研究更重要的发现在于,十字花科植物中存在多种识别PG蛋白引起免疫的植物,包括Arabidopsis arenosa, Brassica rapa,以及Brassica oleracea等,却只有Arabidopsis thaliana可以识别pg9(At)。这说明除了AtRLP42以外,十字花科植物仍有其它免疫受体通过识别PG蛋白中pg9(At)以外的结构引起免疫反应。


进一步的研究结果揭示,位于靠近pg9(At)肽段碳端的20个氨基酸肽段(pg20(Aa))能够激活Arabidopsis arenosa的免疫反应;而包含pg20(Aa)的36个氨基酸肽段(pg36(Bra))能够激活Brassica rapa的免疫反应;决定免疫反应的关键氨基酸位点在pg20(Aa)和pg36(Bra)之间并不完全相同(如下图)。


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十字花科植物识别真菌PG蛋白的不同结构域


这一发现说明十字花科植物中很可能还存在一或两种免疫受体识别PG蛋白,反映了十字花科植物与真菌协同进化过程中的特殊性。更多免疫受体的挖掘将深入揭示植物-微生物协同进化的机理,丰富抗病育种的资源。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41477-021-00982-2




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