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发表于 2019-1-4 11:28:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
疫霉菌效应器抑制跨界RNAi以促进宿主疾病易感性 | Cell Host Microbe
概要:植物RNAi在防御真核病原体中的作用尚不清楚。侯英楠、Yi Zhai等报道,拟南芥产生的二级siRNAs可以通过跨界基因沉默赋予对臭名昭着的致病菌疫霉的抗性。然而,疫霉效应器通过特异性抑制二级siRNA生物发生来抵抗这种防御。
Cell Host Microbe 影响因子:17.872
疫霉属(Phytophthora)是丝状真核病原体,对食品安全和人类健康构成重大威胁。由于疫霉菌引起的破坏性作物病害,每年损失数亿亿美元。对抗疫霉病是农业面临的主要挑战。
在与环境中潜在病原体的军备竞赛期间,植物已经进化出复杂的免疫系统。然而,成功的病原体能够通过称为效应子的分泌蛋白的功能来抵抗宿主免疫。对病原体效应子及其靶标的研究已经对基本植物细胞生物学,特别是免疫信号传导产生了重要的见解。与许多其他丝状病原体相似,疫霉通过称为haustoria的感染结构与宿主植物建立了密切的共生关系,这是由疫霉菌丝延伸诱导的宿主质膜的内陷。据报道,Haustoria促进来自宿主的营养物运输,并且更重要的是,作为来自病原体的效应物递送的必要界面。预计每种疫霉属物种编码数百至超过1,000种在植物宿主中具有不同细胞功能的效应物。这个非常大的效应器库反映了疫霉和它们的植物宿主之间的防御/反防御串扰的高度复杂性。
最近的研究表明,一些疫霉菌效应物可以抑制植物中的RNA沉默途径。RNA沉默在抗病毒免疫中具有明确的作用,病毒RNA沉默抑制因子对于感染是必不可少的。虽然RNA沉默的疫霉抑制剂(PSR)增强了植物的易感性,但RNA沉默在防御真核病原体中的作用尚不清楚。重要的是,这些病原体如何克服基于RNAi的防御机制以成功感染仍然是未知的。
基因沉默由小RNA(sRNA)介导。植物产生两种主要类型的sRNA,microRNA(miRNA)和小干扰RNA(siRNA),其在生物合成途径和功能方面是独特的。miRNA由内源性MIR基因座编码,其中初级转录物形成折返前体,随后进行处理。相反,siRNA的前体是由RNA依赖性RNA聚合酶(RDRP)合成的长双链RNA(dsRNA)。少数miRNA触发次级siRNA的产生,所述次级siRNA源自miRNA靶向转录物的子集。陆地植物保留了复杂的途径以产生许多具有来自编码和非编码转录物的不同序列的次级siRNA,但是它们的生物学功能在很大程度上是未知的。
在疫霉中鉴定的RNA沉默抑制子中,发现PSR2损害来自拟南芥中非编码TAS1a/b/c和TAS2转录物的第二siRNA的积累。该观察结果促使研究人员研究了第二siRNA途径在植物免疫中的作用。来自美国加州大学河滨分校马文勃教授在近期的Cell Host Microbe杂志上发表文章,报告了疫霉感染诱导从拟南芥中的特定转录物产生二级siRNAs。这些siRNAs在感染期间充当抗微生物剂的集合并且沉默靶向疫霉菌基因。作为反防御机制,PSR2通过抑制这些抗微生物siRNAs的生物发生来阻断该宿主诱导的基因沉默。因此,宿主和病原体参与跨界(cross-kingdom)的以RNAi免疫为中心的“军备竞赛”。
在细胞外囊泡(EV)中存在PPR-siRNA表明从植物宿主到病原体的潜在运输机制。EV介导哺乳动物中sRNA的细胞间转运,并将sRNA从寄生线虫转运到哺乳动物宿主细胞中,在那里它们抑制宿主免疫反应。值得注意的是,最近证实线虫EV特别富含二级siRNA。植物EV中sRNA组成的综合分析也表明siRNA在丰度方面是主要的sRNA成分。这些结果共同支持次级siRNAs作为跨界(cross-kingdom)沉默作为防御机制的突出执行者,并为操纵该特定途径作为增强植物疾病广谱抗性的策略奠定了基础。
宿主防御机制和病原体毒力策略是相互关联的。成功的病原体必须破坏宿主免疫力才能建立感染。通过研究PSR2的功能,该研究证明疫霉菌病原体具有进化的效应物以抑制基于siRNA的免疫。由于PSR2是疫霉菌中的保守效应物,抑制次级siRNA产生可能是疫霉菌的常见毒力策略,也可能被其他真菌和卵菌病原体所利用,这些病原体可能被宿主诱导的基因沉默靶向。
模式图
要点:
  • 疫霉菌感染增加了拟南芥中二级siRNA的产生;
  • 来自PPR基因簇的次级siRNA有助于防御疫霉菌;
  • PPR-siRNA可能使疫霉菌转录物沉默以赋予抗性
  • 疫霉菌效应子PSR2抑制PPR-siRNA的生物发生以促进感染
通讯作者介绍:
马文勃博士在中科院微生物所获得硕士学位,在加拿大University of Waterloo获得博士学位。现担任美国加州大学河滨分校植物病理和微生物系教授,自然和农业学院微生物学科主任。马文勃博士领导的研究团队现综合利用基因组学、遗传学、生物化学和生物信息学等手段,主要开展植物病原菌与植物之间相互作用的分子机理研究,为植物病害防治和抗性育种提供基础。现已发表各类论文50余篇,近年在效应分子领域的研究成果发表在Nature Genetics 、Nature、Nature Plants、PNAS、Cell Host & Microbe 、PLoS Pathogens 、Plant Journal 等国际杂志。
参考文献:
Hou Y, Zhai Y, Feng L, Karimi HZ, Rutter BD, Zeng L, Choi DS, Zhang B, Gu W, Chen X, Ye W, Innes RW, Zhai J, Ma W. A Phytophthora Effector Suppresses Trans-Kingdom RNAi to Promote Disease Susceptibility. Cell Host Microbe. 2018 Dec 1. pii: S1931-3128(18)30589-4. doi: 10.1016/j.chom.2018.11.007. [Epub ahead of print]
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