图片展示

PC |中国农大发现棉花黄萎病效应因子靶标泛素途径并促进植物免疫的新机制!

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2021-09-29 11:27:15

黄萎病是一种严重的土传植物病害,可以侵染超过200种植物(包括多种重要作物)并导致巨大的损失【1】。增强植物对黄萎病的抗性是世界范围内的一个迫切的挑战。模式植物拟南芥也是黄萎病菌的寄主植物之一,利用拟南芥研究黄萎病致病和抗性的机制可以为在作物上提高黄萎病抗性打下理论基础【2】。在侵染过程中,黄萎病菌会分泌大量的效应因子调控植物的免疫。例如,效应因子VdSCP41可以靶标植物转录因子CBP60g从而促进致病。黄萎病菌有大约700个可能的效应因子蛋白,但是其中大部分蛋白的功能仍然未知。


蛋白泛素化是一个重要的翻译后修饰过程,参与植物的各个生理过程【3】。蛋白泛素化过程需要三种酶的参与:泛素激活酶E1,泛素结合酶E2和泛素链接酶E3【4】。其中泛素链接酶E3可以被分为4个家族,PUB家族是其中之一。PUB家族在植物体内有64个成员,只有其中少部分的功能得到了研究。其中一些PUB蛋白被报道与植物响应生物逆境有关,比如PUB12和13被报道参与免疫受体蛋白FLS2的降解过程【5】。


近日,中国农大齐俊生课题组在The Plant Cell上发表题为Verticillium dahliae effector VDAL protects MYB6 from degradation by interacting with PUB25 and PUB26 E3 ligases to enhance Verticillium wilt resistance的学术论文,本文发现了棉花黄萎菌效应因子VDAL通过与E3连接酶PUB25和PUB26互作来稳定转录因子MYB6,从而增强植物抗性。


结果

1、鉴定黄萎病效应因子VDAL为一个外泌效应因子

黄萎病显著特征就是被侵染的植物表现为萎蔫,坏死。为了探索这种表型是否由效应因子导致,作者对效应因子进行了筛选并发现将原核表达的VDAL(V. dahliae-secreted Asp f2-like protein)效应因子蛋白注射棉花后,会导致棉花的萎蔫和细胞坏死。通过酵母外泌实验,作者进一步证明了VDAL的信号肽具有功能,是一个外泌蛋白(图一)。有趣的是,稳定转基因VDAL的棉花和拟南芥并没有萎蔫的症状,生长情况也与野生型一致。进一步接种实验表明,表达VDAL的植株表现出对黄萎病的抗性增强(图一)。

图一 VDAL是一个外泌蛋白并可以促进植物免疫

2、VDAL与E3链接酶PUB25和PUB26互作

为了探究VDAL是胞内效应因子还是胞外效应因子,作者对VDAL的亚细胞定位进行了观察,发现VDAL定位于细胞质,因此认为VDAL是一个胞内效应因子。通过IP-MS技术,作者在拟南芥中鉴定了VDAL的可能的互作蛋白,其中PUB25和PUB26被报道参与了植物免疫所以被选择进行下游实验。为了进一步验证VDAL和PUB25、26的互作,作者进行了酵母双杂交实验,Co-IP,荧光素酶互补实验和Pull-down实验(图二),结果进一步证明VDAL和PUB25/26直接互作。突变体和过表达PUB25/26并进行接种实验表明PUB25/26负调控植物对黄萎病的抗性。

图二 VDAL与E3链接酶PUB25和PUB26互作

3、PUB25和PUB26与MYB6互作并通过泛素化降解MYB6

为了探索PUB25和PUB26负调控黄萎病抗性的机制,作者对PUB26进行了酵母双杂交筛库实验。利用PUB26的ARM结构域作为诱饵,作者鉴定到了一个转录因子MYB6是PUB26的互作蛋白并通过酵母双杂交实验,Co-IP,荧光素酶互补实验和Pull-down实验进行了验证(图三)。MYB6的生物学功能仍然未知。利用泛素化抗体,作者证明了PUB25可以在体外泛素化MYB6。同时,作者发现在pub25,pub26突变体中MYB6的积累量显著增多,表明PUB25和PUB26可以通过泛素化降解MYB6。

图三 WRKY50与PR1启动子结合

4、VDAL与MYB6竞争结合PUB26并抑制MYB6的降解

因为VDAL和MYB6都与PUB26互作,且对黄萎病的抗性具有相同的调控作用。作者推测是否VDAL通过竞争结合的方式抑制PUB26与MYB6的结合并抑制MYB6的降解,从而促进免疫。通过分子共振实验,作者证明了VDAL和PUB26的亲和性比MYB6和PUB26的更高(图四)。同时通过体外Pull-down实验,作者证明了VDAL确实可以竞争性的与PUB26结合(图四),并且抑制PUB26对MYB6的泛素化(图四)。

图四 VDAL与MYB6竞争结合PUB26并抑制MYB6的降解

总结

本文首先鉴定了一个能够引起黄萎病表征的效应因子VDAL,说明了黄萎病引起的萎蔫和坏死可能是效应因子导致的。有趣的是,转基因表达效应因子VDAL的植株并不会出现萎蔫表型,并且表现出了对黄萎病的抗性。通过酵母双杂交筛库等实验,作者证明了VDAL靶标PUB25和PUB26并与MYB6竞争结合PUB25和PUB26,最终促进了免疫(图五)。本文不但鉴定到了一个新的黄萎病抗性相关基因MYB6。同时,由于转基因VDAL的棉花没有生长抑制现象,所以转基因VDAL可以作为一个新的分子育种策略指导抗黄萎病的农业育种。

图五 VDAL促进植物免疫的示意图

参考文献

1. Klosterman SJ, Atallah ZK, Vallad GE, Subbarao KV (2009) Diversity, pathogenicity, and management of verticillium species. Annu Rev Phytopathol 47: 39–62

2. Veronese P, Narasimhan ML, Stevenson RA, Zhu JK, Weller SC, Subbarao KV, Bressan RA (2003) Identification of a locus controlling Verticillium disease symptom response in Arabidopsis thaliana. Plant J 35: 574–587 You Q, Zhai K, Yang D, Yang W, Wu J, Liu J, Pan W, Wang J, Zhu

3. X, Jian Y et al. (2016) An E3 ubiquitin ligase-BAG protein module controls plant innate immunity and broad-spectrum disease resistance. Cell Host Microbe 20: 758–769

4. Yu F, Wu Y, Xie Q (2016) Ubiquitin-proteasome system in ABA signaling: from perception to action. Mol Plant 9: 21–330.

5. Lu D, Lin. W, Gao. X, Wu. S, Cheng. C, Avila. J, Heese. A, Devarenne. TP, He. P, Shan L (2011) Direct ubiquitination of pattern recognition receptor FLS2 attenuates plant innate immunity. Science 332: 1439–1442


原文链接:doi:10.1093/plcell/koab221

PC |中国农大发现棉花黄萎病效应因子靶标泛素途径并促进植物免疫的新机制!
蛋白泛素化是一个重要的翻译后修饰过程,参与植物的各个生理过程。蛋白泛素化过程需要三种酶的参与:泛素激活酶E1,泛素结合酶E2和泛素链接酶E3。其中泛素链接酶E3可以被分为4个家族,PUB家族是其中之一。PUB家族在植物体内有64个成员,只有其中少部分的功能得到了研究。其中一些PUB蛋白被报道与植物响应生物逆境有关,比如PUB12和13被报道参与免疫受体蛋白FLS2的降解过程。
长按图片保存/分享
0
图片展示

电话:400-863-8520;025-5767-1761

邮箱:order@bestofbest.top

地址:南京市栖霞区仙林街道纬地路9号江苏生命科技园F7栋

图片展示

微信公众号

全资子公司

维百瑞生物

版权所有:南京瑞源生物技术有限公司|想了解酵母文库解决方案,技术服务,靠谱方法,多少钱,哪家好请联系我们.       苏ICP备20003978号

在线咨询

您好,请点击在线客服进行在线沟通!

联系方式
联系电话
400-8638520
联系电话
025-57671761
扫一扫二维码
二维码
添加微信好友,详细了解产品
使用企业微信
“扫一扫”加入群聊
复制成功
添加微信好友,详细了解产品
我知道了