恒达娱乐_马普所Detlef Weigel实验室揭示植物自发免疫平衡新机制

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植物依赖精准的调控免疫系统抵御病虫害,如何在适宜环境下正常生长,而在病虫害入侵条件下迅速有效地调整防御系统对植物而言是个重大挑战。免疫系统的非正常激活 (autoimmunity) 会严重影响植物正常生长发育,造成如植株矮小,生物量减少,早衰或者较早出现自发性叶片坏死等发育问题;同时,autoimmunity 引起水杨酸SA 及其它防御相关激素或次生代谢物积累及其介导的对多种病原菌的抗性表型。

 

德国马普所发育生物学研究所(Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen) Detlef Weigel 实验室通过收集不同拟南芥种质资源,利用正向遗传学及GWAS 分析得到一个 ACCELERATED CELL DEATH 6 (ACD6) 遗传位点,在部分拟南材料(accession)中,例如Est-1 (ACD6-Est),显现出 autoimmunity 相关表型【1】(Fig 1),例如植株变小,较早发生necrosis,对真菌 (Golovinomyces orontii T1),细菌(Pseudomonas syringae DC3000),及卵菌(Hyaloperonospora arabidopsidis Noco2) 均表现抗性,其体内 SA 含量增加及 SA  通路相关基因表达量上调等,这些表型与先前鉴定的 acd6-1 自激活突变体表型较为一致【2】,而在较为普遍使用的 Col-0 accession 中 ACD6 (ACD6-Col) 则不会引起相关表型。进一步研究表明,ACD6 对于拟南芥适应生存环境具有重要作用。

 

近日Detlef Weigel 实验室在 PLoS Genetics 在线发表了题为 Modulation of ACD6 dependent hyperimmunity by natural alleles of an Arabidopsis thaliana NLR resistance gene” 的研究论文,利用遗传学,生物信息学研究方法,鉴定了一个NLR (NOD-like receptor NB-LRR receptor)蛋白位点 SUPPRESSOR OF NPR1-1, CONSTITUTIVE 1 (SNC1) ,揭示了SNC1ACD6-Est自发免疫的作用机制。

该研究通过对1135个 Illumina 测序得到的序列进行分析,发现约有12% 拟南芥自然群体中含有 ACD6-Est  基因型,进一步利用 54 个含有ACD6-Est  基因型的拟南芥材料进行表型分析,发现其中7个没有或者微弱的necrosis 表型,22个有一般强度 necrosis 表型,而另外25个含有与 Est-1 生态型较为一致的 necrosis 表型。


选取两个没有或者微弱 necrosis 表型的材料进行遗传分析发现,Pro-0 及 Rmx-A180 中 ACD6-Est 基因均可以在Col-0 遗传背景下造成autoimmunity相关表型(Fig 2),表明 Pro-0 及 Rmx-A180 中含有抑制 ACD6-Est 的其它遗传元件。进一步遗传学研究证明,SNC1 ACD6-Est 基因引起的 autoimmunity 相关表型起重要作用。之前大量研究表明,SNC1基因持续激活会造成植物 autoimmunity,而且 University of British Colombia 大学的Yuelin ZhangXin Li实验室及康奈尔大学 Jian Hua 实验室均对 SNC1 自激活及suppressor 筛选进行了深入研究。

 

 

进一步利用 65个拟南芥材料REN-seq 数据分析发现,不同材料SNC1 蛋白连接NB LRR 结构域的NL 连接区域 (linker) 具有较大不同,在被分析 SNC1 蛋白中,15个 SNC1 蛋白 NL linker  (544-671aa in SNC1-Col-0) 具有一段重复序列 (duplicated NL),而这一段序列对于 ACD6-Est 基因型发挥 autoimmunity 功能具有重要作用 (Fig 3)

 

本文利用ACD6 作为研究拟南芥平衡生长与抗性的目标蛋白,通过遗传学,生物信息学及具体生物学实验,揭示了影响ACD6 活性的调控因子,为进一步揭示植物免疫系统中的基因上位效应提供理论基础。

 

源:BioArt植物

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