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我室徐炎教授揭示葡萄霜霉病菌RxLR型效应因子的致病机制

2021年3月30日,Plant Journal在线发表了西北农林科技大学徐炎教授课题组题为“APlasmopara viticola RxLR effector targets a chloroplast protein PsbP to inhibit ROS production in grapevine”的研究论文,揭示了葡萄霜霉病菌RxLR型效应因子RXLR31154通过与宿主体内新型易感因子PsbP互作,从而降低活性氧介导的植物防御反应以促进感病。

病原菌能够分泌大量的效应因子至宿主体内,通过操纵宿主某个或某些过程以创造对其有利的定殖的环境。葡萄霜霉病(Plasmopara viticola)由葡萄生单轴霉侵染所致,是影响葡萄产量的主要病害。然而,目前对于葡萄霜霉病菌效应因子操纵宿主植物细胞的基本机制仍尚不清楚。

RXLR31154 是P. viticola中保守的RXLR型效应分泌蛋白,为检测它对P. viticola定殖的影响,构建了RXLR31154过表达的转基因葡萄株系,接种P. viticola孢子囊后观察发现,转基因株系中P. viticola孢囊梗、芽孢形成面积以及生物量较对照植株均显著增加(图1),表明RXLR31154增强了葡萄对P. viticola的易感性。

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图1. RXLR31154增强葡萄植株对P. viticola的易感性

为研究RXLR31154影响宿主免疫反应的机制,通过酵母双杂筛选及互作验证发现,变叶葡萄品种Liuba-8中23kDa的VpPsbP(oxygen-evolving enhancer protein 2,或为VpOEE2)蛋白被确定为RXLR31154的宿主靶标。功能验证结果显示,VpPsbP是葡萄对抗P. viticola的负调控因子(图2)。

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图2. VpPsbP促进植株对P. viticola的易感性

对葡萄细胞中的RXLR31154和VpPsbP进行亚细胞定位分析发现,两者在叶绿体中互作。由于PsbP是光系统Ⅱ(PS II)中放氧复合体(oxygen-evolving complex)的重要组分,经检测,光化学效率、叶绿素含量等在烟草NbPsbPs沉默植株中均明显减弱和降低,而在VpPsbP和RXLR31154过表达烟草和葡萄中则与对照植株无差异,表明RXLR31154不影响植物的叶绿素荧光。

VpPsbP在叶绿体中定位,推测它可能通过影响叶绿体中的活性氧(ROS)等防御性信号的产生以减弱植株对P. viticola的免疫。抗氧化酶基因转录水平的检测结果显示,在VpPsbP过表达株系中这些基因的表达均显著上调。1O2是植物光合作用过程中不可避免的副产物,尤其是在叶绿体中1O2被认为是最主要的ROS种类,对植物具有氧化毒性。检测结果发现,介导1O2信号途径的XECUTER 1(EX1)和EXECUTER 2(EX2)基因以及1O2响应基因在VpPsbP过表达株系中均上调,这表明VpPsbP抑制了H2O2的产生而激活了1O2介导的信号通路。同样,RXLR31154也具有相同的作用(图3)。

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图3. VpPsbPVpPsbP侵染期间参与ROS介导的免疫

病原菌孵育后的蛋白水平检测发现,内源VvPsbP的蛋白丰度在RXLR31154过表达株系中较对照显著增加,而转录水平并无变化,表明在P. viticola侵染期间,RXLR31154具有稳定PsbP蛋白的作用,从而促进病原菌定殖。

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图4. RXLR31154通过PsbP减弱植株免疫的工作模型

综上,P. viticola RXLR型效应因子RXLR31154能够靶向和稳定宿主体内的病原菌负调控因子PsbP,通过调控ROS介导的防御响应来降低植株防御能力并促进病原菌定殖。