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研究人员发现作物可直接识别致病真菌
日期:2019-03-18 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     总称为白粉病的真菌性疾病使各种各样的植物深受其害,包括大麦等农业相关谷物,导致作物产量的极大下降。引起白粉病的真菌会在植物细胞内传递所谓的效应分子,借此操纵宿主的生理和免疫系统。作为回应,有些植物产生了通常为细胞内免疫受体的抗性(Resistance, R)基因,通过探测到真菌的效应因子来识别感染,常常会在感染未遂处导致植物细胞死亡,以限制真菌的传播。人们普遍认为,在植物与病原体的互动中,免疫受体直接识别效应因子是个别事件,但其实在大多数情况下,识别效应因子是通过病原体改造的其他宿主蛋白进行的。
    大麦种群的其中一个命名为Mla(mildewlocus a)抗病基因的白粉病受体经历了十分明显的分化,使得大量不同的MLA蛋白变体拥有极度相似的DNA序列(>90%)。这就表明白粉病效应因子会进行共同进化,但是这种进化关系的本质以及免疫受体和效应因子之间的互动情况仍然是个迷。
    为了解决这些问题,伊莎贝尔·萨乌尔(Isabel Saur)、萨斯基亚·鲍尔(Saskia Bauer)和保尔·舒兹列菲特(Paul Schulze-Lefert)部门的同事们首次将实地采集到的白粉病真菌中的多个效应因子隔离开来。除了其中两个效应因子,其他蛋白都截然不同。当他们将这些效应因子和匹配的MLA受体一起表达时,不仅导致了大麦细胞的死亡,连亲缘关系较远的烟草细胞也死亡了。这就足以表明,识别效应因子不需要其他大麦蛋白。通过将生物发光作为蛋白与蛋白间直接互动的标记,科学家们确实发现了烟草叶提取物中效应因子-MLA对之间的特定关联。同样的,蛋白与蛋白互动的酵母化验也显示了只有匹配的效应因子-MLA对才会存在互动。以上结果都表明,与序列高度相关的MLA受体变体能直接探测到无关的真菌效应因子。
    植物疾病是导致作物产量下降的罪魁祸首,因此在不同的植物种群间转移R基因很可能是创造抗病作物的一种强有力的方法。作者通过研究发现,同一种抗病基因的多个变体能与包括亲缘关系较远的植物种群的不同病原体蛋白结合,清楚地展示出该方法的巨大潜力,并与之前有关小麦的研究结果完全一致:即小麦中的Mla版本Sr33和Sr50能为秆锈病分离株Ug99提供抗性,秆锈病是全球小麦产量面对的主要威胁。
    保尔·舒兹列菲特认为该方法即将得到令人兴奋的应用:“我们发现受体和效应因子之间的直接互动在MLA受体中普遍存在,这就说明我们也许可以去理性地创造合成受体,去探测那些逃过植物的免疫系统监督的病原体效应因子。”
   (来源:德国科隆大学马克斯普朗克植物培育研究所   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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