《局部获得性抗性是植物中效应触发的抗病机制吗?》

  • 来源专题:农业生物安全
  • 编译者: 任洁
  • 发布时间:2023-09-01
  • 植物核苷酸结合的富亮氨酸重复序列受体(NLRs)是细胞内的免疫受体,通过与毒力效应物的直接或间接相互作用而被激活。NLR激活会引发强烈的免疫反应和随之而来的抗病能力。然而,NLR驱动的免疫反应可以被毒力效应物靶向。因此,尚不清楚免疫激活如何与毒力效应抑制免疫同时发生。最近的观察表明,效应触发免疫的激活不能维持与半生物营养病原体接触的组织中的防御基因表达植物病原细菌(Pseudomonas syringae pv. tomato)。相反,在感染区边界观察到强有力的防御。这种反应让人想起局部获得性耐药(LAR)。LAR是一种强烈的防御反应,发生在与病原体接触的细胞周围约2毫米的区域,可能用于阻止病原体的传播。我们认为,效应触发免疫本质上是一种隔离机制,以防止系统性病原体传播和疾病,而LAR的诱导是该机制的关键组成部分。

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  • 《马铃薯持久抗病基因RB可以平衡其生长与抗性的分子机制》

    • 编译者:李周晶
    • 发布时间:2024-07-10
    •       马铃薯是全球 约 13 亿人的主粮 ,在我国粮食安全与乡村振兴战略中也扮演着重要角色。由致病疫霉 (Phytophthora infestans) 引发的马铃薯晚疫病是马铃薯生产中最具毁灭性的病害,其在十八世纪引发的“爱尔兰大饥荒”直接造成当地人口锐减30%,目前全球每年损失超过100亿美元,晚疫病也被列入农业农村部《一类农作物病虫害名录》,是我国重点关注的重大农业病虫害之一。目前马铃薯晚疫病的防治主要依赖大量使用化学农药,我国南方部分地区,由于马铃薯品种易感病,即使在化学防治的情况下其产量也受到严重损失。因此,亟待在理论上深入解析马铃薯抗晚疫病的抗性机理,在生产上精准培育和推广马铃薯抗病品种。        目前从马铃薯不同野生种中克隆出的抗病基因已超过30个,但由于致病疫霉变异速度快,能快速克服抗病基因,目前大多抗病基因的田间抗性已被克服 (Karki et al., 2021)。RB是从马铃薯二倍体近缘野生种Solanum bulbocastanum中克隆的CC(coiled-coil)类NLR抗病基因 (Song et al., 2003),美国多个课题组的前期重要工作解析了RB和其对应的无毒基因IPI-O1(Avrblb1)之间的识别关系,并提出其可能的识别假说 (Chen et al., 2012; Zhao and Song, 2021)。国家马铃薯产业体系科学调研显示RB在田间仍具有良好且广谱的晚疫病抗性,但是美国农业部和育种企业的大量田间数据显示RB影响马铃薯产量,制约了该抗病基因的推广。       2024年6月28日,南京农业大学作物疫病团队与合作者在《The Plant Cell》期刊上在线发表了题为“Alternative splicing of a potato disease resistance gene maintains homeostasis between growth and immunity”的研究论文,揭示了马铃薯持久抗病基因RB通过可变剪切精细调控其基因表达水平进而平衡马铃薯生长与抗性的分子机制。该研究发现RB基因存在可变剪切,该基因结构中的唯一的内含子发生内含子保留。对侵染过程中RB不同转录本的表达水平进行定量分析发现,非侵染阶段RB主要以内含子保留的转录形式(RB_IR)存在,而当致病疫霉侵染时,被剪切的成熟转录本RB_CDS的表达水平受到诱导上调,RB_IR的表达水平则相对下降。进一步通过马铃薯稳定转基因的方法对RB两个转录本的抗晚疫病表型进行分析,表明内含子剪切转录本RB_CDS能够对晚疫病提供抗性,RB_IR则对晚疫病表现感病表型。        为进一步揭示抗病基因RB可变剪切调控及其抗性激活的分子机制,该研究通过构建RB可变剪切报告系统并筛选了部分SRE蛋白发现,RB特异性识别的效应分子IPI-O1能够诱导RB抗性转录本RB_CDS的表达;对IPI-O1的靶标蛋白鉴定发现,IPI-O1能够与剪切因子CWC15互作,并共定位在细胞核散斑及细胞核核仁中。通过RNAi介导的基因沉默构建CWC15马铃薯稳定沉默转基因株系,表明CWC15沉默影响RB的剪切水平变化及其对致病疫霉的抗性激活。 该研究揭示了RB抗病基因利用内含子在非侵染时抑制抗性转录本而维持植物正常生长,而通过RNA剪切复合体感知病菌侵染,促进抗性转录本表达进而促进晚疫病抗性形成的新机理。该研究与前人研究共同揭示了RB抗病激活的多层次性,推测剪切体和抗病受体在不同水平对病菌的响应可能是延缓病菌变异,维持RB田间持久抗性的原因之一。该研究同时也提出了一种以内含子为操作工具协同植物抗性与产量性状,进而精准改良农作物抗病虫的思路。
  • 《小麦和大麦的系统获得抗性、NPR1与致病相关基因》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2018-11-30
    • 在拟南芥中,系统获得抗性(SAR)的建立超出了病原体最初感染的范围,或者直接由水杨酸(SA)或其功能类似物,2,6-二氯异烟酸(INA)和苯并噻二唑(BTH)诱导。NPR1蛋白是SAR的SA信号传感与转导的主要调控因子。在小麦(Triticum aestivum)和大麦(Hordeum vulgare)中,病原体感染和BTH处理均可诱导对白粉病、叶锈病、镰刀菌白叶枯病等各种病害产生广谱抗性。然而,三种不同类型的SAR样反应,包括获得抗性(AR)、系统免疫(SI)和BTH诱导抗性(BIR)似乎通过激活不同的基因途径来实现。近年来小麦和大麦NPR1同源物在AR和SI中的研究为深入了解这两种植物SAR的发生机制提供了初步线索。本文综述了小麦和大麦中AR、SI和BIR的特异性,并将拟南芥和水稻模型植物的SAR进行了比较。重点介绍了SAR下游基因的研究进展,包括致病相关基因(PR)和BTH诱导基因。