A thaumatin-like effector protein suppresses the rust resistance of wheat and promotes the pathogenicity of Puccinia triticina by targeting TaRCA

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2024-09-17 DOI:10.1111/nph.20142

Jiaying Chang, Johannes Mapuranga, Xiaodong Wang, Haijiao Dong, Ruolin Li, Yingdan Zhang, Hao Li, Jie Shi, Wenxiang Yang

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一种类似taumatin的效应蛋白通过靶向TaRCA抑制小麦的锈病抗性并促进三尖杉核菌的致病性

引言自然界中，植物不断受到各种生物和非生物胁迫的威胁，最常见的生物胁迫包括植物病原菌、病毒和真菌等。然而，植物已经发展出一套复杂的多层免疫系统来保护自己免受潜在病原体的攻击（Dodds & Rathjen, 2010; Jones et al.）当病原体感染寄主植物时，植物首先会显著上调致病相关（PR）基因的表达，以启动第一道防线（Fisher 等人，2012；Dos & Franco，2023）。目前，根据结构相似性和功能活性已发现了 19 类 PR 蛋白（Dos & Franco, 2023; Li 等人，2023），其中从 Thaumatococcus danielli 中分离出的甜味潮霉素同源物潮霉素样蛋白（TLPs）属于 PR-5 家族（Liu 等人，2019；Nawrot 等人，2021）。研究表明，TLPs 在植物对生物和非生物胁迫的反应中起着至关重要的作用。例如，在小麦中稳定表达 TaTLP1 可增强对铂和普通根腐病的抗性（Cui 等人，2021 年）。烟草中过表达 AnTLP13 可增强其对低温胁迫的耐受性（Liu 等，2023 年）。小麦 TaLr35PR5 参与了小麦成株对叶锈病的 Lr35 介导的防御反应（Zhang 等，2018）。沉默 GhTLP19 会使棉花对干旱和大丽花轮纹病更加敏感，而在转基因拟南芥中过表达 GhTLP19 则会增强耐旱性（Li 等人，2020）。从香蕉中纯化的 TLP 蛋白通过诱导真菌的膜破坏和细胞壁瓦解而激发抗真菌活性（Jiao 等，2018 年）。目前，有关 TLPs 在真菌中功能的研究十分有限。小麦叶锈病真菌中的效应蛋白PTTG_04779含有一个haumatin结构域，已被鉴定为AvrLr19的候选蛋白，可抑制烟草细胞中BAX诱导的程序性细胞死亡（Cui等，2023）。然而，真菌中的 TLP 蛋白对其致病性的影响尚未见报道。叶绿体在含氧光合作用和初级代谢中起着关键作用，是许多病原体错综复杂的毒力策略的重要目标。最近，人们认识到叶绿体是免疫信号传递的关键枢纽，是整合和解码环境信号的基本组成部分（Breen 等人，2022 年）。叶绿体到细胞核的逆行信号传递对于光合作用装置的高效运作和组装至关重要（Chan 等人，2016 年）。同样，叶绿体生长或代谢条件的改变也会导致细胞核中基因表达模式的显著改变（Koussevitzky 等人，2007 年），这表明叶绿体作为环境传感器的关键作用，它可以调节各种环境线索对特定核基因的转录调控（Li & Kim, 2022 年）。叶绿体参与次生代谢产物和防御化合物的生产，也是活性氧（ROS）产生、钙振荡以及水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）等植物激素产生的场所，这些激素是植物防御机制中对抗生物营养性病原体（SA）和坏死性病原体（JA）的关键成分（Serrano et al、2016；Kretschmer 等人，2019；Kuzniak & Kopczewski，2020；Littlejohn 等人，2021；Yokochi 等人，2021；Bittner 等人，2022）。叶绿体合成植物激素和多种次级代谢产物的能力与逆行信号和活性氧信号相结合，使其在感知和应对生物胁迫方面具有极大的灵活性。因此，这些过程为病原体开发直接或间接针对 "叶绿体免疫 "的机制提供了大量机会（Littlejohn 等人，2021 年）。在宿主与病原体的相互作用过程中，细菌、卵菌和真菌等各种病原体会分泌效应蛋白，靶向干扰叶绿体的功能（de Torres 等人，2015 年；Xu 等人，2019 年；Irieda & Takano, 2021 年；Liu 等人，2021 年；Savage 等人，2021 年）。例如，纹枯病菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）（Pst）效应蛋白 Pst_12806 转位到叶绿体中，与小麦 TaISp 蛋白的 C 端 Rieske 结构域相互作用，减少防御相关基因的表达、胼胝质沉积和 ROS 的产生，从而促进 Pst 感染（Xu 等人，2019 年）。

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New Phytologist 生物-植物科学

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.