泛素化在病原物相关分子模式诱导的植物先天免疫反应中的作用

泛素化广泛参与调控植物体内多种生理生化反应,如生长发育、先天免疫反应等。综述了泛素化在病原物相关分子模式(PAMPs)激发的植物先天免疫反应(PTI)中的作用,重点介绍了泛素化在细菌鞭毛蛋白和真菌几丁质等PAMP引起的PTI反应中的作用及其机制。此外,还综述了病原微生物分泌的部分效应因子泛素化靶标或者通过抑制植物靶标泛素化以抑制PTI反应并达到侵染的目的,以为解析植物体内抗性调节机制和植物病原菌的防治提供参考。

病原相关分子模式和损伤相关分子模式在免疫炎症反应中的作用

病原相关分子模式(PAMP)和损伤相关分子模式(DAMP)是与免疫学息息相关的两个分子。DAMP是组织或细胞受到损伤和低氧等因素刺激后释放到细胞间或血液循环中的一类物质;PAMP则是病原体上的分子结构。两者均被模式识别受体(PRR)识别引起免疫应答。目前,已经有研究表明,DAMP和PAMP与慢性炎症疾病和自身免疫性疾病有关。本文就PAMP和DAMP分子在免疫炎症反应中的作用作一综述。

几丁质和flg22诱导的辣椒幼苗先天免疫生理响应特征

【目的】为明确几丁质和鞭毛蛋白衍生肽flg22诱导的辣椒幼苗先天免疫生理响应特征,探讨辣椒先天免疫生理响应与辣椒抗多种病害的关系。【方法】以5个四川本地辣椒品种幼苗为试材,鉴定它们对青枯病和疫病病情指数和抗性水平,采用水培法培育幼苗并进行外源几丁质和flg22处理,检测各品种不同诱导时间下幼苗根系生长、气孔孔径、胼胝质沉积、活性氧(ROS)积累和SOD、CAT活性,以及先天免疫相关基因表达量的变化,综合评价其生理响应及其与抗病性关系。【结果】(1)各品种幼苗青枯病和疫病病情指数以‘川腾10号’最低,抗病性最强,以‘本地条椒’最高,抗病性最弱。(2)外源几丁质和flg22抑制了各品种幼苗根系生长速率,诱导离体叶片气孔闭合,促进叶片细胞壁胼胝质沉积加厚,ROS含量持续增加,SOD和CAT活性不断提高。各品种幼苗先天免疫生理响应指标的平均隶属函数值以‘川腾10号’最高,‘本地条椒’最低,并且平均隶属函数值与疫病、青枯病病情指数均具有显著负相关性。(3)外源flg22和几丁质诱导‘川腾10号’幼苗先天免疫相关基因CaWRKY22、CaMAPK7和ChiIV3显著上调表达。【结论】外源flg22和几丁质可诱导辣椒幼苗先天免疫生理响应,且响应程度强弱在品种间存在差异,依据生理响应指标通过隶属函数可综合评价辣椒品种的抗病水平;‘川腾10号’的平均隶属函数值最高,多抗性水平最好,这与其先天免疫相关基因CaWRKY22、CaMAPK7和ChiIV3的显著上调表达有关。

植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其研究进展

为了分析植物U-box蛋白在植物先天免疫反应中的作用及其机制,总结了U-box的结构特点及其与RING-finger结构的异同;归纳了植物U-box蛋白的分类及分类特点;并综述了SPL11、PUB12/PUB13、PUB17等U-box蛋白在植物PTI信号传导途径中的调控作用与调控机制,以及ACRE276、PUB17、CMPG1、MAC3A/MAC3B等U-box蛋白在植物ETI信号传导途径中的调控作用与调控机制。得出植物U-box蛋白的结构特点、生化功能及其在植物先天免疫反应中的作用与分子机制,并认为对植物U-box蛋白的研究可为植物抗病分子育种提供基因资源与参考信息。

猪繁殖与呼吸综合征病毒逃逸宿主免疫反应机制的研究进展

猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)属于动脉炎病毒属,是一种具有囊膜的单股正链RNA病毒。PRRSV主要侵入宿主单核-巨噬细胞系的细胞及单核细胞衍生的树突状细胞[1]。PRRSV感染会严重损伤猪的中枢免疫器官(骨髓、胸腺),致其体液免疫和细胞免疫反应缺陷[2],进而导致其继发感染的易感性增强。研究发现,机体产生的细胞因子主要参与抗病毒防御反应,协调细胞的免疫防御系统,实现天然和适应性免疫反应间精密的通信。当宿主细胞的模式识别受体(PRR)识别到病毒核酸的病原相关分子模式(PAMP)时[3],会触发宿主信号转导级联反应并激活NF-κB、干扰素调控因子(IRF)等细胞质转录调控蛋白,从而刺激细胞因子和其他炎症因子的表达,以及下游干扰素刺激基因(ISGs)的表达,激活宿主的天然免疫防御反应。天然免疫反应是激活宿主适应性免疫反应的基础,当宿主天然免疫系统的防御能力无法抵御病毒感染时,适应性免疫系统将被激活[4],共同清除病原。然而,在与宿主的长期斗争中,PRRSV已进化出多种策略以逃避宿主的天然免疫和适应性免疫应答。

植物天然免疫系统研究进展

很多植物病原菌严重地损害植物的生长和繁殖。植物与病原体协同进化过程中,也逐渐形成了一系列复杂高效的保护机制来抵御病原物的侵染。植物中抵抗外界微生物刺激所形成的系统被称为植物天然免疫系统,可分为两个层次。第1个层次是植物模式识别受体(PRRs)识别病原相关分子模式(PAMPs),触发病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI),激活植物体中促丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路使植物产生早期应答反应。PTI适应性较广,可识别和响应包括非致病菌的许多类微生物。第2个层次是病原菌产生效应因子抑制基础免疫响应PTI,而植物产生针对性更强的抗性蛋白(R蛋白)识别效应因子,并通过效应因子触发型免疫(ETI)来重建植物的抗性。笔者综述了近年来植物天然免疫系统的研究进展,认为随着对植物天然免疫系统研究的深入,应重视PTI和ETI的结合利用,有效扩大植物抗菌谱,改良植物ETI抗性。

植物PTI天然免疫信号转导研究进展

病害是危害农业生产的重要因素之一,植物对于病原菌的抗性依赖于植物的天然免疫(plant innate immunity)系统。因此,对于植物天然免疫的研究将为农作物抗病育种提供重要理论基础。植物天然免疫系统包含彼此相互关联的两个层面,即PTI(PAMP-triggered immunity)和ETI(effector-triggered immunity)。近年来,国内外对于PTI的研究取得了一系列重要进展。PTI是由病原物相关分子模式PAMP(pathogen-associated molecular pattern)所诱发的植物免疫反应。PAMP被位于植物细胞表面的受体识别后,将免疫信号通过胞质类受体激酶BIK1(Botrytis-induced kinase 1)、MAPK级联、CDPK(calcium-dependent protein kinase)等向下游传递,诱导活性氧的爆发、气孔的关闭、免疫基因的表达等,从而抑制病原微生物的生长。免疫信号在传递过程中会在多个层次上被精细调控,以保证合适的反应强度和持续时间。本文从植物免疫受体FLS2及其他免疫受体的发现、免疫信号转导组分的发现以及其生物学功能、参与天然免疫的转录因子、植物免疫反应的负调控及植物天然免疫在抗病育种中的应用等方面综述了近年来植物PTI天然免疫的分子机理和信号转导方面的研究进展。并对该领域的发展提出展望,我们认为农作物天然免疫信号转导和作物与致病真菌互作系统的研究将会是未来研究的重点和主要方向,天然免疫的重要理论与基因编辑技术的结合,必将使作物抗病育种迎来新时代。

植物免疫激酶AtCERK1的重组表达与结晶研究

植物免疫激酶中的CERK1(chitin elicitor receptor kinase 1)家族是能够感知细菌及真菌侵染的模式识别受体。此类受体蛋白可以通过识别多糖类的病原微生物相关分子,引起病原微生物相关分子模式触发的免疫反应,是植物产生先天性免疫应答以应对微生物感染的重要元件,同时也是诱导植物-微生物共生的关键蛋白质。为推进CERK1激酶区真实蛋白质三维空间构象的解析,本研究针对拟南芥源的CERK1蛋白构建了野生型及突变型AtCERK1的E.coli-pRSF原核表达系统,经原核表达得到带有6个His标签的融合蛋白,经镍柱亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析等一系列纯化过程得到高纯度蛋白质样品后对其进行结晶条件筛选。最终,AtCERK1^(F460V)突变型成功在0.2 mol/L氟化铵和20%PEG3350溶液环境中析出蛋白质晶体。经上海光源BL17U1线站采集,蛋白质晶体X射线衍射数据的分辨率为3.2A。综上所述,本研究成功获得了高纯度的AtCERK1蛋白样品,且突变型蛋白质成功析出晶体;同时,利用X射线收取了一套中等分辨率的衍射数据,为AtCERK1介导的植物免疫的结构机理进行了实验探索。

植物与病原菌互作的分子机制研究进展

植物的先天免疫主要包括模式识别受体对保守的微生物病原相关分子模式的识别和抗病蛋白对效应蛋白的识别。植物与病原体互作过程中存在广泛的信号交流,信号分子在植物与病原体的互作攻防中发挥了重要的调控作用,决定了二者的竞争关系。当前,大量植物与病原体互作中的信号分子被定位和克隆,其作用方式被揭示。本文总结了这些信号分子及其在植物免疫过程中的作用机制,主要包括植物细胞表面的模式识别受体分子对病原相关分子模式的识别与应答,植物抗病蛋白对病原体效应蛋白的识别与应答,以及免疫反应下游相关信号分子及其在植物抗病中的作用。此外,本文对未来相关研究提出了展望。

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。

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。

小RNA病毒调控宿主cGAS-STING信号通路的机制研究

天然免疫系统在宿主早期发挥抗病毒反应中具有重要作用。宿主模式识别受体(PRRs,如RIG-I、NOD2、cGAS样等受体)识别病原微生物结构上保守组分病原相关分子模式(PAMPs),进而激活下游级联信号通路,诱导干扰素或细胞因子等的产生,激活宿主的抗病毒天然免疫反应。病毒也可降解宿主的天然免疫信号通路分子或抑制其的激活.

小麦条锈菌细胞质效应子Hasp8抑制植物基础免疫

为明确小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici效应子Hasp8的功能,以小麦条锈菌CYR31侵染水源11小麦叶片的cDNA为模板,通过PCR技术扩增获得Hasp8基因的完整编码区序列,采用qRTPCR技术测定Hasp8基因的表达情况,利用农杆菌介导马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)瞬时表达体系在烟草上验证Hasp8基因是否能够抑制由Bax蛋白诱导的细胞坏死,将Hasp8基因构建到pCAMBIA1302载体用于在烟草上瞬时表达Hasp8进行亚细胞定位以明确该效应蛋白的作用空间;并将Hasp8基因构建到p EDV6载体上用于荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens介导的瞬时表达系统以明确该效应蛋白是否能够抑制病原相关分子模式引发的免疫反应和效应蛋白诱导的免疫反应。结果表明,Hasp8基因编码117个氨基酸,N端含22 aa的信号肽;qRT-PCR结果显示,Hasp8基因在小麦条锈菌CYR31侵染小麦水源11的早期上调表达。烟草瞬时表达Hasp8基因能够抑制由Bax诱导的细胞坏死;烟草上亚细胞定位发现效应子Hasp8定位于细胞质和细胞核;荧光假单胞菌介导的抑制植物免疫试验结果显示效应子Hasp8能够抑制由荧光假单胞菌诱导的胼胝质积累,并且抑制由小麦条锈菌无毒性生理小种CYR23引起的过敏性坏死和活性氧积累,促进病菌的侵染,菌丝面积和菌丝长度增加。

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。

Toll样受体与心血管疾病

心血管疾病是一组多危险因素疾病,年龄、性别、血脂异常、高血压、吸烟、糖尿病、肥胖、遗传和感染等因素与其发生、发展密切相关。Toll样受体（toll like receptors,TLRs）是一类表达于细胞膜上与微生物识别有关的受体家族。它们能够识别特定类型微生物保守的分子成分,即病原体相关分子模式（pathogen asso ciated molecular patterns，PAMPs），通过激活细胞信号传导途径，激活天然免疫反应，还可以通过提供刺激分子和诱导T细胞分化的细胞因子，帮助机体建立获得性免疫。本文就TLRs的结构及信号传导途径与一些临床心血管疾病的关系及研究前景等进行大致介绍。

SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗丁香假单胞菌中的功能

为了探讨拟南芥O-岩藻糖基转移酶(SPINDLY)在病原体相关分子模式诱导抗性中的作用,该研究以SPINDLY缺失拟南芥突变体spy-3为实验材料,从叶片表型、病情指数、病菌定殖量以及丁香假单胞菌(Pst DC3000)关键基因的表达水平等指标,系统考察了SPINDLY在壳寡糖诱导拟南芥抗Pst DC3000中的功能。结果显示:(1)spy-3突变体比野生型更易被Pst DC3000侵染。(2)与病菌侵染组相比,壳寡糖预处理明显缓解植株叶片黄化现象,显著降低Pst DC3000的定殖量。(3)壳寡糖预处理的spy-3植株中水杨酸和茉莉酸途径相关基因的表达量及水杨酸和茉莉酸含量均较病菌侵染组明显升高。(4)壳寡糖在spy-3中的诱抗效果与野生型相比无明显差别。研究表明,SPINDLY在植物先天免疫过程发挥重要作用,但并不影响壳寡糖的诱导抗性。

全身性感染发病机制及治疗的研究进展

全身性感染是指微生物入侵机体感染后所致的全身性炎症反应综合征。病原微生物的病原相关分子模式(pathogen associatedmolecularpattern ,PAMP)通过与免疫细胞的Toll样受体相互作用,激活跨膜信号转导过程,调控炎症介质基因表达,导致免疫炎症反应失控、促炎/抗炎反应不平衡,进而使全身性感染及其后续症发生、发展。Toll样受体的多态性与全身性感染发生发展相关。活化型重组人蛋白C、早期支持治疗等辅助治疗有助于降低严重感染及其后续症的死亡率,但以PAMP识别受体、炎症介质为靶向将赋予全身性感染的发病机制和治疗新启迪。

基于模式识别受体和人工设计诱饵蛋白扩展植物识别特异性

病原/微生物相关分子模式(PAMPs/MAMPs)被位于宿主细胞表面的模式识别受体(PRRs)识别并激活免疫反应.这种病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)能够帮助植物抵抗大部分致病微生物的侵入,因此利用基因工程技术在植物中表达PRRs,以增强植物对病原微生物的免疫识别是一种非常有潜力的植物抗病性改良的策略.植物病原微生物分泌的效应蛋白通常利用多种多样的生化机制直接靶向和抑制PTI信号通路的关键组分,从而抑制PTI.一些植物进化出与效应蛋白的靶标类似的诱饵蛋白,并诱导效应蛋白的错误靶向.这种识别的结果不抑制PTI免疫反应,反而诱导效应蛋白激活的免疫反应(ETI).这种机制提示了人工设计的诱饵蛋白在特定植物中产生新的识别特异性的可能性.本综述总结了PRRs对PAMPs的识别,以及诱饵蛋白对效应蛋白监控方面的研究进展.利用转基因异源表达EFR或PBS1诱饵蛋白在实验室条件下成功扩展了植物的识别特异性,体现了对PRRs和人工设计的诱饵蛋白在植物对病原识别特异性的扩展和抗病性改良方面的潜力,突显了分离和鉴定新的PRRs和诱饵蛋白的必要性.

鞭毛素蛋白FliCxcv对水稻免疫反应的诱导功能鉴定

为揭示来源于番茄细菌性斑点病菌(Xanthomonas campestris pv.vesicatoria,Xcv)菌株XV18鞭毛素(FliCxcv)作为一种病原相关分子模式(PAMP)诱导水稻免疫反应的功能,本研究对FliCxcv编码基因flicxcv进行了基因克隆、序列分析、原核表达、蛋白纯化和诱导活性测定。结果表明,通过PCR特异性扩增,从Xcv菌株XV18中克隆了1 200bp的fliCxcv基因片段,其序列与GenBank中己测序菌株的完全一致。在大肠杆菌中对该基因全长、N端和C端截短序列进行了原核表达,并获得了纯化的FliCxcv全长及其截短蛋白。将纯化蛋白浸润接种到水稻品种日本晴叶片组织,发现FliCxcv全长及其截短蛋白均能诱导水稻叶片细胞死亡、H2O2产生以及防卫基因(OsPAL和OsPR1b)表达等免疫反应,但诱导活性存在差异。因此,本研究验证了FliCxcv具有激发水稻细胞免疫反应的PAMP功能,为水稻免疫诱导制剂的研发提供了材料。