《微生物所揭示气孔在植物免疫中的新功能》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-03-30
  • 气孔是由一对保卫细胞构成的植物叶表皮上的开孔,可响应环境因子刺激控制植物气体交换和水分蒸腾。作为植物表面的天然开孔,气孔也是许多病原菌入侵的通道。然而,植物可以主动关闭气孔来阻止病原菌的入侵,这一抗病过程被称为气孔免疫。但气孔在植物,特别是单子叶植物中是否还以其它的方式参与抗病免疫仍不清楚。最近,中国科学院微生物研究所邱金龙课题组研究发现,水稻Osaba1突变体对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae, Xoo)的广谱性抗性是由于气孔开放程度(气孔导度)的增加引起的。人为降低该突变体的气孔导度可部分恢复其对白叶枯病菌的感病性。通过药物或环境因子诱导野生型植物气孔的开放也能增强水稻对白叶枯的抗性。与之对应,水稻气孔导度增加的突变体es1-1也同样表现出对白叶枯病的极强抗性。有趣的是,Osaba1和es1-1突变体对水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola, Xoc)也具有很强的抗性。进一步研究表明,开放的气孔赋予水稻对病原细菌的侵入后抗性,而这种抗性可能是气孔开放造成植物叶片水势降低所导致的。

      这项工作揭示了一个新的气孔参与植物免疫的方式,为研究植物、病原与环境三者互作提供了一个新的视角。相关研究成果以封面故事发表在Molecular Plant-Microbe Interactions 杂志上,并被选为MPMI Editor's Pick,在美国植物病理学(APS)相关网站及媒体推送,认为该研究“揭示了叶片水分状况在植物抗病中发挥重要作用,将为未来植物病害的控制提供新靶标”。邱金龙组博士研究生张丹丹和田彩娟为文章的共同第一作者,邱金龙是文章的通讯作者。该研究得到中国科学院战略先导性专项(B类)、国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金的资助。

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    •     2023年9月1日,中国科学院微生物研究所李明和向华团队合作在《细胞宿主与微生物》(Cell Host & Microbe)上,发表了题为Widespread RNA-base cas regulation monitors crRNA abundance and anti-CRISPR proteins的研究文章。该研究揭示了CRISPR护卫RNA的全新生理功能。?细菌CRISPR-Cas免疫系统由CRISPR结构和Cas蛋白组成,而Cas蛋白的表达如何适应时刻变化的CRISPR结构和crRNA表达量是该领域尚未解决的基本科学问题。     2021年,微生物所报道了CRISPR的护卫RNA元件,即一对受CRISPR-Cas调控的双RNA型毒素-抗毒素系统,并命名为CreTA(CRISPR-regulated toxin-antitoxin)。近期的研究发现,抗毒素CreA指导Cas蛋白抑制毒素creT基因的表达,使菌体细胞对Cas蛋白“成瘾”(一旦Cas蛋白被失活或抑制,毒素将表达杀死菌体),并可介导Cas蛋白的自抑制调控回路,从而有效避免Cas蛋白过度表达导致的能量负担和自免疫风险(靶向自身DNA)。     该研究通过生物信息学分析发现,CreA的类似分子(由于大多缺乏偶联的CreT毒素,因而称为Cas-regulating RNA,即CreR)广泛存在于Class 1和Class 2的CRISPR系统中(主要是I型和V-A型)。这些CreR(或CreA)分子介导的Cas蛋白自调控回路可感应胞内crRNA的浓度,实现两者的协调表达,并可有效感应噬菌体携带的anti-CRISPR(Acr)蛋白,从而快速激活Cas蛋白的高水平表达,以应对Acr的攻击。该研究阐明了CRISPR-Cas如何协调crRNA和Cas蛋白的表达这一领域内基本科学问题,揭示了一种作用于转录水平的anti-anti-CRISPR新策略。 编译来源:https://www.cas.cn/syky/202309/t20230905_4968577.shtml
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    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2023-11-10
    •     近日,中国科学院城市环境研究所朱永官团队以土壤-植物(蔬菜)系统中的原生生物为研究对象,采用高通量测序、全基因组测序、流式细胞分选、高通量荧光定量技术,探索原生生物群落的动态特征、功能角色及其与病原菌的相关关系。 “同一健康”概念指出人类的健康与土壤、植物等自然生态系统的健康密不可分。原生生物作为土壤-植物系统微生物组中不可或缺的组成部分,影响生态系统的功能与健康。研究各类群原生生物的特征与功能,是探究原生生物对环境与人类健康影响的必要前提。蔬菜叶际作为微生物从土壤-植物系统传播到人类中的重要载体,贮存着威胁人类健康的病原菌与耐药菌——它们的定殖受到原生生物捕食压力的影响。然而,目前关于原生生物与人类病原菌相关关系的研究有限,缺乏原位考察蔬菜叶际原生生物及其内生病原菌互作关联的视角。因此,研究对不同施肥处理下种植不同蔬菜的土壤-植物系统内叶际、根际、非根际土壤中各类群原生生物在蔬菜生长过程中的动态组成、驱动因素、组装机制及微生物共发生模式进行考察。进一步,以超市中的生食蔬菜为研究对象,科研人员挖掘了原生生物内生病原菌基因组的抗生素抗性与毒力特征,解析了叶际原生生物与人类病原菌的潜在关联。     盆栽实验结果表明,土壤原生生物的多样性是叶际原生生物多样性的7倍。吞噬型原生生物是土壤中多样性最高的原生生物类群,根际土壤的代表原生生物,也是微生物互作网络中主要的跨界连接者,在植物生长早期可能主要受到植物根际确定性招募的影响。光养型原生生物具有最广的生态位宽度,是叶际原生生物的主导类型,也是土壤微生物互作网络中主要的原生生物模块枢纽和内部连接核心。寄生型原生生物则作为边缘者较少参与微生物间的互作。有机施肥是驱动原生生物群落变化的首要因素,降低了原生生物的多样性、抑制了原生生物内部的相互作用,却增加了根际土的潜在健康风险。上述研究较为系统地阐明了土壤-植物系统中各类原生生物的特征,为探索原生生物功能、维护环境与人类健康奠定了基础。     超市蔬菜采集结果表明,蔬菜种类强烈塑造了叶际原生生物的群落组成并影响了人类病原菌标记基因的分布。其中,韭菜叶际原生生物的多样性和病原菌标记基因(HPMGs)丰度最高。研究人员在90%的蔬菜叶际样本中检出26种潜在人类病原菌。其中,金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌丰度最高。随机森林模型指出吞噬型原生生物是叶际HPMGs总丰度变化的关键指示者。其中,在关键原生生物Colpoda体内分离出多种人类潜在耐药病原菌,包括携带毒力因子 (VFs) 和ARGs数量最多的硝基还原假单胞菌,以及具有较临床参考菌株更高毒力潜力的嗜麦芽窄食单胞菌和木糖氧化无色杆菌。同时,研究显示,内生菌基因组中的VFs、ARGs和金属抗性基因高频共存且具有共选择及共转移的潜力,这可能有助于内生菌在原生生物体内的存活。该研究揭示了吞噬型原生生物是蔬菜叶际耐药病原菌的传播载体,并强调了吞噬型原生生物的捕食压力可能是病原菌与耐药菌出现与传播的重要驱动力。