RxLR效应因子结构特征及RxLR145调控机制探索

发布时间：2020-03-22 10:38

【摘要】：病原卵菌在侵染寄主的过程中,通过分泌大量的RxLR效应因子干扰植物,导致植物疫病的发生。实验室前期研究发现RxLR145在辣椒疫霉侵染1.5h就开始大量表达,具有能够引起烟草叶片坏死,抑制毒性蛋白BAX引起的烟草叶片细胞坏死等功能。本研究首先解析了RxLR145的三维结构。在此基础上,结合PDB数据库中的8个RxLR效应因子结构,全面总结了RxLR效应因子的结构特征。结构同源性比对发现,RxLR145和DNA/RNA结合蛋白在三维结构上具有很高的相似性。结合RxLR145表面分布大量正电荷,我们推测其可能通过特异性结合寄主体内一些DNA/RNA行使作用。为了验证这一推论,本研究运用CHIP-Seq技术筛选了RxLR145在拟南芥中的特异性DNA结合序列,并利用EMSA、MST以及SPR验证RxLR45确实可以和DNA序列进行特异性结合。为了更深入了解RxLR145作用机制,本研究进行了RxLR145的转基因拟南芥的转录组测序,发现RxLR145能够调控拟南芥中12849个基因的表达量。其中6322个基因表达下调,6527个基因上调。这些基因涉及到蛋白泛素化、磷酸化,植物和病原物互作,内质网中蛋白加工,调节自噬,内吞作用以及植物激素信号转导等过程。而CHIP-Seq结果说明RxLR145结合的特异性DNA是位于这些通路中相关基因的上游的。二者结果相结合说明RxLR145通过行使转录因子的功能调控寄主的防卫反应,具体结果如下:1、解析RxLR145效应因子的结构:每个晶体非对称单元含有两分子的RxLR145,N端RxLR-dEER区域没有电子云密度,是无序的。C端由5个WY区域组成,每个WY区域都由4个α螺旋和三个无规则卷曲组成。每个WY之间由一个短的α螺旋(linker螺旋)相互连接。2、通过比对所有已报道RxLR效应因子结构发现:(1)WY区域构象差别集中在K-motif和第三个无规则折叠区,说明这两个区域承担了大部分的进化压力。(2)linker螺旋具有调节WY区域排列方式的作用,改变WY区域的排列方式可能是RxLR效应因子另一种潜在进化方式;(3)WY区域会发生motif缺失或改变;(4)所有的RxLR结构表面都分布有大量正电荷,暗示该类效应因子寄主内靶标可能是带负电荷的。3、CHIP-Seq结果证明了RxLR145和MADS-box转录因子以及亮氨酸拉链转录因子的特异性识别序列结合,进而可能调控蛋白泛素化及磷酸化等途径。4、RxLR145能调控拟南芥中12849个基因的表达量。其中6322个基因表达下调,6527个基因上调。这些基因涉及到蛋白泛素化、磷酸化,植物和病原物互作,内质网中蛋白加工,调节自噬,内吞作用以及植物激素信号转导等过程。RxLR145的转基因拟南芥RNA-Seq结果和CHIP-Seq结果显示二者包含662种共有细胞通路。这些通路主要包括核糖体组成、转录、氨基酸代谢调控、植物泛素化以及蛋白磷酸化。这一结果表明RxLR145可能通过结合到能编码泛素化及磷酸化蛋白的相关基因上,影响这些基因表达,从而抑制植物免疫反应的进行。
【图文】：

序列,卵菌,无毒基因,基因结构

有报道称 RxLR-dEER 基序是通过和寄主细胞膜上的 PI3P 结合而进入寄主细胞的（Kale et al., 2010）。RxLR-dEER 保守域中，RxLR 己经被证明是必需的，dEER 序列在信号传导中也有一定的作用。窦道龙证明，RxLR 序列中 L 是必需的，同时 R 被替换后病原侵染寄主数量大大减少（Dou et al., 2008）。但有研究质疑这种说法。首先，来自真菌的 Avr M和 Avr L567进入细胞并没有 PI3P的参与。其次，AVR3a 和 PI3P结合位点是其 C 端带正电荷的表面氨基酸（Yaeno et al., 2011）。目前对少数几个 RxLR效应因子功能机制研究比较深入，比如 Avr3a 可通过稳定泛素化连接酶 CMPG1 调控寄主防卫反应（Bos et al., 2006）。Avr2和磷酸激酶 BSL1互作，涉及油菜素类固醇信号途径（Saunders et al., 2012）。AvrBlb2 能够阻止防卫蛋白酶的分泌（Bozkurt et al.,2006）。Pi03192 和 NAC 转录因子互作阻止自身定位发生变化（McLellan et al., 2013）。PexRD2 和 MAP3K 互作阻止抗病信号途径（King et al., 2014）。Pi04314 和一种磷酸酶PP1c 互作，促进致病疫霉的侵染（Boevink et al., 2016）。这些 RxLR 效应因子互作模式如图 1-2 所示。

效应因子,卵菌

图 1-2卵菌一些 RxLR效应因子作用模式Fig. 1-2 Binding partner of some RxLR effectors析，使我们更直观的了解此类蛋白。2008 年菌的效应因子和 R 蛋白 AvrPto-Pto 的复合物机制，，为这类作用机制研究提供思路（Xiang库中收录了 8 个 RxLR 效应因子的结构，分别由 7 个 WY 区域组成，是目前报道的分子量最 ATR1，该蛋白除了 2 个 WY 区域，还含有Chou et al., 2011）；上述两个蛋白的每个 Wα 螺旋被称为“linker”螺旋。从致病疫霉中分离白的 WY 区域之间并没有“linker”螺旋的存在，的 AIM 区域存在一个“linker”螺旋（Maqbool 和 PexRD2 以及分离自辣椒疫霉的 AVR3a11
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S432.4

【参考文献】