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蔬菜也有“瘟疫”,南農作物疫病團隊揭示辣椒疫霉菌致病機制與寄主免疫調控新元件

信息來源: 發布日期: 2019-01-30 瀏覽次數:

 

 

疫霉菌對作物生產和食品安全影響嚴重,被稱為作物“瘟疫”。近十年,科學家專注于馬鈴薯、大豆等作物上的疫霉病害研究,而對于蔬菜生產上影響較大的辣椒疫霉菌,尚未形成廣泛關注。辣椒疫霉菌寄主廣泛,能侵染數百種蔬菜等園藝作物。它蔓延速度快、變異頻率高、易于爆發成災,迫切需要找到其致病機制,為辣椒疫霉病害的防治提供理論基礎和實踐依據。

自然條件下,疫霉菌等有害生物與馬鈴薯、大豆、蔬菜等寄主互作時會產生多種類型的分子作為武器,攻擊寄主細胞,營造利于侵染的微環境,造成作物出現各種異常反應,這類分子即為效應子。作為應對,作物進化出復雜的免疫系統,監控并識別致害關鍵效應子,激發免疫反應;而有害生物又通過被識別效應子的變異逃脫寄主的監控與識別,致使作物抗性喪失。因此,效應子是有害生物與寄主互作過程中的橋梁和媒介,既決定著致害強度,也是植物抗性產生與否的關鍵因素,對其研究具有重要理論和實踐意義。

以往的研究表明,作物受疫霉菌感染后,就像人類的感冒發燒一樣,會激發免疫反應,用自身的免疫力殺死病菌。南京農業大學作物疫病研究團隊近年來對辣椒疫霉菌進行了系統地研究,精確定位到它的一個致病關鍵成員,即效應子RxLR207。研究人員以辣椒疫霉菌的一種寄主模式植物擬南芥為研究對象,通過靶標篩選,發現RxLR207直接作用于擬南芥中的一組未知功能蛋白,研究顯示這組蛋白與一個植物免疫系統的重要調控因子ACD11 (accelerated cell death11)互作,故將其命名為BPA1 (binding partner of ACD11)BPLs (BPA1 Like proteins)。

通過突變體表型分析,研究人員發現BPA1/BPLs能參與植物的防衛反應,降低寄主對辣椒疫霉菌的免疫力。其機制是通過穩定細胞中的ACD11來影響后者介導的活性氧爆發與細胞死亡等細胞學過程。同時,辣椒疫霉菌產生效應子RxLR207,以此干擾BPA1/BPLs的正常功能,促進病原菌活體階段到死體階段的轉變,引起植物發病。該研究明確了辣椒疫霉菌一種精細的致病機理,在于RxLR207對于辣椒疫霉菌而言,是一種既不能缺失,又“過猶不及”的效應子。

    

 

 

此外,效應子是近年來病蟲草等有害生物研究領域的重要切入點,在解析效應子功能時,研究者更多關注它們在寄主中的已知功能靶標。與此相反,該研究選擇從未知功能靶標著手,成功鑒定到植物免疫系統中的一組新成員并解析了其作用機制,突出了利用效應子作為探針研究植物免疫系統這一策略的可行性和現實意義,為理解植物抗性發生機理與抗性調控途徑奠定了材料基礎,為植物與有害生物互作研究提供了一個新的思路。


 

 

該研究結果以”A Phytophthoracapsici effector targetsACD11 binding partners that regulate ROS-mediated defense response in Arabidopsis thaliana為題近日在國際知名學術期刊《分子植物》(Molecular Plant)上發表。博士后李琦與博士生艾干為論文第一作者,竇道龍教授為通訊作者,景茂峰和張美祥兩位副教授也參與工作。該研究得到了國家杰出青年科學基金和國家自然科學基金創新研究群體等項目的資助。

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