模式识别受体的胞内转运及其在植物免疫中的作用

植物利用细胞表面模式识别受体(PRRs)来感知病原相关分子模式(PAMPs),进而触发自身的免疫反应(PTI)。在植物免疫过程中,PRRs在细胞内的正确定位对其生理功能的发挥至关重要。PRRs蛋白可以在内质网(ER)上合成,并通过胞吐被分泌到质膜(PM)上。此外,PRRs蛋白也可以通过胞吞进行胞内循环或降解。细胞可以通过胞内转运降解PRRs蛋白以终止信号转导,也可以通过形成胞内体进行信号传递。该文概述了PRRs蛋白及其配体的研究进展以及PRRs蛋白的胞内转运在植物免疫中的重要作用。

两类免疫受体强强联手筑牢植物免疫防线

植物先天免疫系统在抵御病原菌入侵过程中发挥至关重要的作用,主要包括两个层次,即病原菌相关分子模式和效应因子分别触发的PTI和ETI免疫反应。PTI和ETI分别由植物细胞膜表面模式识别受体(PRRs)和胞内免疫受体(NLRs)激活,具有特异的激活机制,但是两者激活的下游免疫事件相互重叠。PTI和ETI是否为泾渭分明的两道防线,以及ETI与PTI下游事件为何如此相似,一直是植物免疫领域最受关注的问题之一。最近,中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳团队与合作者利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)与丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)互作系统对PTI和ETI在机制上的联系进行了研究。他们发现PRRs和共受体参与ETI,而活性氧的产生是联系PRRs和NLRs所介导的免疫早期信号事件。他们还发现NLRs信号能够迅速增强PTI关键因子的转录和蛋白水平,PTI的增强在ETI免疫反应中不可或缺。该研究从机制上解析了植物免疫领域中长期悬而未决的PTI与ETI相似性之谜,是该领域的一项突破性进展,为未来作物分子设计育种提供了新的启示。

泛素化修饰在水稻与稻瘟病菌互作中的研究进展

稻瘟病菌Magnaporthe oryzae引起的稻瘟病是水稻Oryza sativa生产中的重大真菌病害,对水稻与稻瘟病菌互作机制的解析有助于挖掘优异抗性基因,为水稻育种提供抗稻瘟病基因资源。泛素化是真核生物中保守存在的重要蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM),参与植物生长发育和胁迫响应等过程。随着生物技术的不断发展,水稻与稻瘟病菌互作研究不断深入,在泛素化修饰组学、泛素化互作组以及蛋白功能等相关方面的研究取得了长足进展,近年来已鉴定到的多种水稻泛素修饰相关蛋白在水稻免疫过程中发挥着重要作用。该文在简要介绍泛素化途径的基础上,对E2泛素结合酶、E3泛素连接酶和去泛素化酶等参与水稻病原相关分子模式触发的免疫(pathogen-associated molecular pattern-triggered immunity,PTI)或效应蛋白触发的免疫(effector-triggered immunity,ETI)的研究进展进行综述,并对该领域亟待解决的科学问题以及未来的发展方向进行探讨,以期为泛素化修饰在植物免疫过程中的深入研究提供参考与借鉴。

西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW功能初步分析

【背景】细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是葫芦科植物上一种严重的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)。目前已知Ⅲ型分泌效应物(typeⅢsecreted effectors,T3SEs)是该病菌的关键致病因子,但对其效应物功能和作用机制的认识非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW,分析其编码蛋白质影响植物免疫的方式,为更深入地认识该基因在西瓜食酸菌致病机制中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学分析其序列特征;借助荧光定量PCR技术分析aopW的表达调控及其与抗病相关基因表达间的关系;利用基因突变及基因功能互补手段,通过分析致病性、寄主活性氧积累量等解析基因功能;采用瞬时表达技术了解AopW诱导非寄主hypersensitive response(HR)能力及其亚细胞定位情况。【结果】aopW基因启动子区存在Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretion system,T3SS)核心基因结合位点,其编码的蛋白不存在信号肽和跨膜螺旋区,与Ⅲ型分泌效应物harpin蛋白同源;T3SS核心基因hrpG/hrpX突变体中aopW基因的表达量显著降低;缺失aopW基因后突变体对寄主的致病力降低,但其互作的寄主活性氧积累量增加;AopW定位于烟草细胞质和细胞质膜,可以诱导本氏烟草发生HR,影响病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)触发的免疫(PAMP-triggered immunity,PTI)信号通路及激素信号通路相关基因的表达。【结论】西瓜食酸菌AopW为Ⅲ型分泌效应物harpin蛋白,其在与寄主黄瓜互作中发挥毒性因子功能,与烟草互作中可能以PAMP触发植物PTI和激素抗病信号通路并引发细胞坏死。

植物与病原物的相互作用及协同进化

植物始终处于各种病原物的威胁之下.为了生存,植物进化出了复杂的免疫系统.基于对"非我"识别的植物先天免疫系统大致可分为两个层面:第一个层面是通过细胞表面的模式识别受体对病原物保守的相关分子模式或损伤相关分子模式的识别而引发的免疫反应,称为分子模式触发的免疫,能帮助植物抵抗大部分病原物;第二个层面是由抗病基因编码的R蛋白直接或间接识别病原物分泌的效应子(effector),进而激发较强的防卫反应,称为效应子触发的免疫.在自然选择压力下,植物与病原物不断相互影响、协同进化.环境因素及人类生产活动使得植物-病原物互作更为复杂和多样化.植物与病原物之间长期相互选择和适应,植物抗病性与病原物致病性之间的竞争呈现"zig-zag"动态变化,这也是植物不能免疫一切疾病的主要原因.