西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopAI的鉴定及其功能初步分析

【背景】西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli,Ac)引起的细菌性果斑病是葫芦科植物重要的病害之一,通过Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretedsystem,T3SS)分泌至植物体内的Ⅲ型效应蛋白(typeⅢeffector,T3E)是该菌重要的致病因子,目前对Ac T3E的认识仍然非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌候选的T3E Acidovorax outer protein AI(AopAI),分析其对Ac致病力的影响和干扰植物免疫的方式。【方法】利用生物信息学方法分析AopAI序列特征、AvrBs1无毒报告系统验证蛋白转运功能;通过荧光定量PCR技术分析aopAI基因表达的调控及其对植物病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)激发的免疫反应(PAMP-triggered immunity,PTI)信号通路标记基因表达的影响;利用基因插入突变和基因功能互补方法,检测菌的致病力、植物组织过氧化氢和胼胝质积累量的变化;运用瞬时表达技术分析AopAI亚细胞定位和其抑制激发子诱导细胞死亡的能力。【结果】AopAI蛋白序列中不含跨膜螺旋区和信号肽,含有二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)核糖基转移酶保守结构域;在T3SS核心基因hrpG和hrpX突变体中aopAI基因表达量显著降低;表达AopAI及AvrBs1功能区(59-445 aa)的avrBs1突变体可诱导ECW-10R辣椒叶发生过敏性坏死反应,表明AopAI具有转运功能;aopAI基因突变体在黄瓜子叶上的致病力减弱,但与其互作的黄瓜子叶组织中过氧化氢和胼胝质的含量均显著增加;AopAI在本氏烟叶瞬时表达后,显示其定位于细胞膜和细胞核,还表现抑制激发子NIP诱导的叶细胞死亡,导致叶细胞的PTI信号通路标记基因GRAS2和ACRE31的表达量显著降低。【结论】在西瓜食酸菌中具有一个定位于细胞核和细胞膜、有ADP核糖基转移酶结构域的T3E蛋白AopAI,该T3E是能够抑制NIP诱导的细胞死亡的毒性蛋白,通过抑制ACRE31调节的免疫途径降低植物过氧化氢和胼胝质的积累,以抑制植物PTI防御反应机制。

西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopBF1的鉴定与功能分析

【背景】细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是一种发生在葫芦科作物上的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli),西瓜食酸菌通过Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretion system,T3SS)将重要的致病因子Ⅲ型效应蛋白(typeⅢeffector,T3E)转运到植物体内,从而致病。目前,对于T3E致病机制的认识非常有限。课题组前期已鉴定到西瓜食酸菌FC440菌株中的一些候选T3E。【目的】明确西瓜食酸菌FC440菌株候选T3E中AopBF1的序列特征、转运特性及其在病原菌致病过程中的作用,可以为深入解析病原菌致病机制奠定理论基础。【方法】利用生物信息学手段,预测分析AopBF1的T3E序列特征;通过RT-qPCR、无毒蛋白报告系统检测AopBF1所受调控及其转运特性;观察aopBF1突变体(插入突变)及过表达时西瓜食酸菌的致病力表型,分析AopBF1对西瓜食酸菌致病性的贡献。【结果】AopBF1具有T3E的序列特征、不含保守结构域,具有蛋白激酶序列特征;AopBF1在T3SS核心调控基因hrpX、hrpG突变株中的表达量显著降低;当aopBF1基因与AvrBs1功能区(59-445 aa)片段同时于avrBs1突变株中表达时,能够诱发含Bs1蛋白的ECW-10R辣椒叶片发生过敏性坏死反应;aopBF1突变株对寄主黄瓜的致病力显著减弱,而同时黄瓜组织中过氧化氢、超氧阴离子自由基及胼胝质的积累量表现为显著增加;AopBF1过表达菌株对寄主的致病力显著增强,其在诱导本氏烟的hypersensitive response(HR)反应发生上表现延迟;AopBF1瞬时表达时,显示定位于本氏烟细胞的细胞质、细胞核和细胞膜,可诱发本氏烟发生HR反应,促进PAMP-triggered immunity(PTI)及激素通路相关基因的表达。【结论】AopBF1是西瓜食酸菌的一个具有蛋白激酶特征的T3E,抑制寄主活性氧和胼胝质积累等PTI免疫反应以促进西瓜食酸菌的致病,激发含R抗性蛋白的本氏烟的PTI和激素相关抗病免疫反应。

Xpm Ⅲ型效应蛋白XopAG的生物信息学分析及功能验证

木薯细菌性枯萎病(cassava bacterial blight, CBB)是由菜豆黄单胞菌木薯萎蔫致病变种(Xanthomonas phaseoli pv. manihotis, Xpm)引起的细菌性病害。XopAG是Xpm分泌的一类Ⅲ型效应蛋白,其生化功能和致病分子机制尚不明确。XopAG基因全长1 305 bp,编码434个氨基酸。经在线网站预测,XopAG蛋白有48个磷酸化位点,没有信号肽,不存在跨膜结构域,蛋白二级结构由43.32%的α-螺旋、9.91%的延伸链、5.07%的β-折叠和41.71%的无规则卷曲组成。同源序列比对显示,不同细菌属的XopAG蛋白同源性较低,黄单胞菌属中不同致病变种XopAG蛋白相似性较高。保守结构域分析表明,不同病原菌的XopAG蛋白序列中均含有高度保守的cyclophilin-binding基序(GPxL),该基序能结合亲免蛋白CYP,使寄主植物产生抗性。进化树分析表明,黄单胞菌中不同致病变种的XopAG蛋白亲缘关系相对比较接近,Xpm CHN11编码的XopAG与褐色黄单胞菌莱檬亚种(Xanthomonas fuscans ssp. aurantifolii group C, Xfa-C)亲缘关系最近。采用农杆菌沾花法获得转XopAG基因拟南芥,接种丁香假单胞杆菌番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv. tomato str. DC3000, Pst DC3000),发现转XopAG基因拟南芥对Pst DC3000的感病性增强,说明效应蛋白XopAG具有毒性功能。本研究为进一步研究Ⅲ型效应蛋白XopAG的致病机理奠定了基础。

青枯劳尔氏菌多基因家族Ⅲ型效应蛋白在植物病害发展及防御系统中的作用（英文）

青枯劳尔氏菌是导致多种重要经济作物毁灭性枯萎(bacterial wilt)的一种土传病害,严重危害热带和亚热带地区食品安全。该细菌通过Ⅲ型分泌系统(T3SS)向寄主细胞注射大量效应蛋白(T3Es)。效应蛋白是把双刃剑,既可诱导植物感病,又能激活植物防御系统。具有特殊重复结构的效应蛋白被归类成多基因家族,各家族成员协同致病,但其分子机制尚不清楚。本文围绕近年来有关多基因家族效应蛋白结构、功能和致病性等方面最新进展进行综述,为青枯菌致病机理和病害防治提供新思路。

病原菌诱发的植物先天免疫研究进展

植物生存在复杂多变的环境之中,它们不仅拥有抵御病原菌的天然屏障,如坚硬的细胞壁、质外体的低p H值、分泌的抗菌酶或其它抗菌组分等,而且进化出了精密的先天免疫系统:病原菌相关分子特征(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)诱导的免疫反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应因子诱导的免疫反应(effector-triggered immunity,ETI)。PTI和ETI,虽然代表的是植物先天免疫的不同层面,但两者密切相关,奠定了植物先天免疫的遗传学基础。本综述描述了植物与病原菌相互作用的共同进化过程,概述了植物先天免疫在病原菌入侵过程中发挥的作用及其分子机制,并阐述了植物病原细菌Ⅲ型分泌系统分泌的大量效应蛋白在调控植物先天免疫中的重要作用。