PBJ | “以牙还牙”-德国图宾根大学联合湖南中烟/北京院、湖南大学利用病原菌效应蛋白创制抗青枯病植物材料

2023年10月26日 0条评论 377次阅读 0人点赞
由青枯菌（Ralstonia solanacearum）侵染引起的植物青枯病是一种世界范围内毁灭性的植物病害。在与寄主植物互作的过程中，青枯菌通过注射器状的III型分泌系统向寄主细胞中注射大量的效应蛋白，来抑制植物免疫或干扰细胞正常的生理功能，促进青枯病的发生。转录激活类效应蛋白（Transcription Activator-Like Effector，TALE）是一类特殊的III型效应蛋白，能结合到植物靶标基因的启动子区域并激活下游感病基因的表达，促进细菌侵染。德国图宾根大学Thomas Lahaye和湖南大学伍斗生课题组前期研究发现，青枯菌模式菌株GMI1000中存在TALE类似效应蛋白Brg11，并分离鉴定了Brg11在寄主植物番茄、烟草等中的靶标基因—精氨酸脱羧酶（Arginine Decarboxylase, ADC）（Wu et al., 2019）。青枯菌是一个遗传多样性高度复杂的复合种，根据地理区域被分为四个演化型（Phylotype I, II, III, IV）。来自不同演化型的Brg11同源基因是否也靶向寄主的ADC基因，以及如何利用Brg11/ADC模块用于抗病育种，目前还不清楚。
近日，Thomas Lahaye研究组联合湖南中烟/北京生命科技研究院、湖南大学在植物学知名学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为An ancient cis-element targeted by Ralstonia solanacearum TALE-like effectors facilitates the development of a promoter trap that could confer broad-spectrum wilt resistance的研究论文。该论文证明了来自青枯菌不同演化型的Brg11同源基因（RipTALs）能保守地靶向植物的ADC基因，并巧妙地将截短的SlADC1启动子用于驱动抗病基因Bs4C的表达，创制了不影响植物生长、但能显著提高青枯病抗性的植物材料。
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该研究首先克隆了青枯菌不同演化型中的RipTAL基因，并利用GUS报告系统和qRT-PCR，证明了来自演化型I、III和IV-1的RipTALs能保守地激活ADC启动子及植物中ADC基因的转录表达，进一步的研究发现RipTALs能诱导具有更短5’UTR的ADC新转录本，从而逃避翻译调控，引起腐胺的大量积累，最后，本研究巧妙地利用截短的SlADC1启动子，用于驱动Bs4C抗病基因的表达，并以烟草作为模式植物，创制了SlADC1:Bs4C转基因植物，该转基因植物以RipTAL依赖的方式调控抗病基因Bs4C的表达，即在没有青枯菌侵染的情况下，Bs4C基因不表达，不影响植物的生长发育，而当青枯菌侵染时，青枯菌中的RipTAL基因会分泌到植物细胞内，特异性地激活Bs4C基因的表达，从而介导对青枯病的抗性。
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综上，该研究中建立的以病原菌效应蛋白依赖的方式来调控植物抗病基因的表达，将为植物的抗病育种提供新的策略，以兼顾植物生长和免疫的平衡。
德国图宾根大学博士生Niels Gallas、湖南中烟/北京院李晓旭博士为论文的第一作者，湖南大学伍斗生副教授和图宾根大学Thomas Lahaye教授为本文的通讯作者，湖南大学姜玉鑫博士等也参与了该项研究。该研究得到了德国科学基金（DFG）、中国科协青年人才托举工程、烟草基因组与生物育种重大专项等的资助。

参考文献

1. D. Wu, et al., A plant pathogen type III effector protein subverts translational regulation to boost host polyamine levels. Cell Host Microbe 26, 638–649 (2019).

文章来源：植物生物技术Pbj

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