“作物如何大战病原菌”

来源: 中国科学报 / 作者: 2019-02-19
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作物疫病是农业生产上的一类毁灭性病害,每年导致我国大豆、马铃薯、棉花、蔬菜和果树等作物的直接经济损失高达数百亿元。

日前,南京农业大学作物疫病团队在《分子植物》上同时在线发表两篇论文,成果聚焦病原菌的致病因子,从不同角度对效应子攻击植物以及植物的抗性机理进行深入探究,为涉及粮食安全的科技前沿问题先手把脉。

南京农业大学植物保护学院院长、作物疫病研究团队王源超教授介绍,疫病菌在致病的过程中分泌大量效应子(Effectors)破坏植物的抗病性,而植物则通过识别特定效应子产生抗性,因此效应子是病原菌致病和植物抗病的关键因素。此次发表的两项成果为改良作物抗病性提供了重要的理论支撑和抗性资源。

其中,一篇论文明确了辣椒疫霉菌一种精细的致病机理,即 RxLR207 对于辣椒疫霉菌而言,是一种既不能缺失又 “过犹不及” 的效应子。

据了解,该研究通过遗传学和分子生物学等手段解析了辣椒疫霉菌效应子 RxLR207 调控寄主活性氧迸发介导的寄主抗病反应。通过筛选发现 RxLR207 直接作用于拟南芥中的一组与植物免疫系统的重要调控因子 ACD11 (accelerated cell death11)互作的未知功能蛋白 BPA1 (binding partner of ACD11)和 BPLs (BPA1 Like proteins)。

研究显示这组蛋白通过稳定细胞中的 ACD11 来影响后者介导的活性氧爆发与细胞死亡等细胞学过程来负调控寄主对辣椒疫霉菌的免疫力。同时,辣椒疫霉菌产生效应子 RxLR207 作为武器,以此干扰 BPA1/BPLs 的正常功能,促进病原菌活体阶段到死体阶段的转变,引起植物发病。

通讯作者、南京农业大学作物疫病团队窦道龙教授分析,该研究从未知功能靶标着手,成功鉴定到植物免疫系统中的一组新成员并解析其作用机制,突出利用效应子作为探针研究植物免疫系统这一策略的可行性和现实意义,为理解植物抗性发生机理与抗性调控途径奠定了材料基础,为植物与有害生物互作研究提供一个新思路。

另一项研究是南京农业大学作物疫病团队与中国科学院上海植物逆境生物学研究中心研究员邢维满课题组合作完成的,从结构生物学和分子生物学角度解析了大豆疫霉菌致病因子 PsAvh240 发挥毒性功能的分子机制。随后通过生化分析证明了 PsAvh240 通过结合大豆天冬氨酸蛋白酶 GmAP1 来阻止 GmAP1 外泌到质外体发挥抗病功能。

王源超表示,这项研究首次发现植物天冬氨酸蛋白酶参与质外体免疫来抵御疫霉菌侵染,并且揭示了疫霉菌破坏植物质外体免疫的新策略:疫霉菌可以向 “敌后”,即植物细胞内分泌效应蛋白来抑制植物天冬氨酸蛋白酶的外泌,拓宽了对植物与病原菌互作的认识。该研究还发现大豆天冬氨酸蛋白酶对不同疫霉菌均表现出抗病效果,为改良作物广谱抗性提供新的基因资源。

相关论文信息:DOI:10.1016/j.molp.2019.01.017;

DOI:10.1016/j.molp.2019.01.018

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