辣椒类Pto蛋白激酶(PLPK)基因家族全基因组分析和进化研究

番茄Pto基因编码包含丝氨酸/苏氨酸激酶(STK)结构域的蛋白,它能抗由丁香假单胞菌番茄致病变种(Pseudomonas syringae pv.Tomato,Pst)造成的细菌性斑点病。本研究使用PVX系统的体内识别系统测定显示Avr Pto在辣椒基因型中被特异性识别。这种Avr Pto识别导致非寄主超敏反应(HR),以及PVX::Avr Pto融合蛋白在接种辣椒叶组织中的定位,这表明在辣椒中存在与番茄类似的Pto识别机制。然而,辣椒全基因组分析显示没有对应番茄的Pto进化枝,表明在辣椒中有一个Pto识别的替代系统。不过,辣椒基因组中已经鉴定出25个具有高度保守STK结构域的类Pto蛋白激酶(PLPKs)。对于Ptos和PLPK的STK结构域中的大部分氨基酸位点,非同义(d N)与同义(d S)核苷酸替换速率的比值(ω)小于1,表明纯化选择在进化中起主要作用。然而,一些氨基酸位点在Pto同源物的进化过程中被发现为偶发性正选择,因此,不同的进化过程可能在植物中形成了Pto基因家族。基于RNA-seq数据,PLPK基因和其他Pto通路基因,例如Prf,Pti1,Pti5和Pti6在所有检测的辣椒基因型中都表达了。因此,辣椒中对Pst的非寄主超敏反应可能是由于PLPK同系物对Avr Pto效应物的识别,以及Pto信号通路下游组分的后续作用。然而,辣椒中Avr Pto的识别可能涉及其他类受体激酶(RLKs)的活性。本研究中鉴定的PLPKs将作为进一步了解PLPKs在非寄主抗性中作用的基础。