黄瓜花叶病毒运动蛋白抑制植物天然免疫作用机制研究

发布时间：2020-07-01 14:29

【摘要】：植物细胞质膜上存在很多模式识别受体(Pattern Recognition Receptors,PRRs)能够识别来自于病原微生物一些保守的分子模式,这些分子模式被称为病原微生物相关分子模式(Pathogen-associated Molecular Patterns,PAMPs),例如拟南芥模式识别受体 FLS2 和 EFR 能够识别病原细菌的鞭毛蛋白N端22个氨基酸残基(flg22)和翻译延伸因子N端的18个氨基酸残基(elfl8),LYK5能够识别真菌细胞壁来源的几丁质组分(chitin)。PRR蛋白通过识别病原微生物的PAMP来感知病原微生物的入侵并激活植物免疫系统,这种由PAMP激活的免疫反应称为PTI免疫反应(PAMP-triggered Immunity)。PRR在感知到PAMP后能够激活一系列的PTI免疫反应,包括细胞质膜上活性氧(ROS)的爆发、胞外钙离子内流、MAPK和CDPK信号通路的激活等。这些免疫反应的激活能够使植物对病原微生物的入侵产生抗性。病原微生物能够向宿主细胞内分泌效应蛋白(effector),这些效应蛋白能够抑制植物免疫系统的激活,对于病原微生物致病性至关重要。植物细胞中一类抗性蛋白(Resistance,R)能够识别病原微生物效应蛋白并激活更为强烈的效应蛋白诱导的免疫反应(Effector-triggered Immunity,ETI)。黄瓜花叶病毒(Cucumber Mosaic Virus,CMV)是单链正义RNA病毒,能够侵染多种植物并对植物的生长发育造成很大的危害,其中CMV-SD株系能够侵染模式植物拟南芥和烟草。黄瓜花叶病毒基因组包含RNA1、RNA2和RNA3三条RNA链,其中RNA3编码外壳蛋白(Coat Protein,CP)和运动蛋白(Movement Protein,MP)。我们通过农杆菌介导的瞬时表达和稳定转化体系在烟草和拟南芥中表达CMV-SD株系的MP和CP蛋白,检测了在这些植株中PTI和ETI免疫反应的激活是否受到影响。实验发现,在表达MP的烟草和拟南芥中,PTI免疫反应的激活受到明显抑制。Flg22、elf18和chitin诱导的活性氧爆发在表达MP的烟草和拟南芥中都有明显降低。在表达MP的拟南芥转基因植株中,flg22和elf18诱导的免疫抗性激活也受到抑制,对丁香假单胞菌Pst DC3000 hrcC的侵染也更加敏感。而在表达CP蛋白的烟草和拟南芥中,植物PTI免疫反应的激活并未受到影响。我们同时发现,植物ETI免疫反应的激活在表达CP和MP的烟草和拟南芥中都不受影响。进一步研究发现,MP并不影响免疫受体的稳定性以及上游免疫信号的激活,但flg22诱导的下游免疫相关基因的表达明显受到抑制,推测MP可能作用于免疫传导下游信号组分。我们进一步通过蛋白免疫沉淀和质谱鉴定相结合的手段找到大量MP互作候选蛋白,进一步说明MP可能通过靶向植物细胞内组分来抑制植物免疫反应。综上,我们的研究发现了黄瓜花叶病毒运动蛋白抑制植物免疫反应的新机制,对我们更加清楚的理解黄瓜花叶病毒致病机理有重要意义。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S432.41
【图文】：

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Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ邋Ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ，ＰＲＲ）感知病原微生物或微生物一些比较保守的分子模式并激活下游免疫逡逑反应。另外一种策略是通过感知病原微生物分泌的效应蛋白（ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ）来激活下游免疫反应逡逑（Ｊｏｎｅｓ邋ａｎｄ邋Ｄａｎｇｌ，２００６）。如图１－１所示，病原微生物能够通过多种策略实现对植物的侵染，病原逡逑微生物可以通过植物叶片表面的多种孔道，如气孔和水等天然孔道进入到植物体内，也可能通逡逑过植物表面的伤口对植物进行侵染，或者通过吸器和口针等方式直接从植物体摄取养分（Ｄａｎｇｌ邋ｅｔ逡逑ａｌ．，２０１３）。植物细胞表面有很多ＰＲＲ蛋白，这些ＰＲＲ蛋白能够识别来自病原微生物一些保守的逡逑分子模式，如细菌鞭毛蛋白和真菌细胞壁组分几丁质，这些分子模式被称为病原微生物或微生物逡逑相关分子模式（Ｐａｔｏｈｇｅｎ／Ｍｉｃｒｏｂｅ－ａｃｃｏｃｉａｔｅｄ邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋Ｐａｔｔｅｒｎｓ；邋ＰＡＭＰｓ／ＭＡＭＰｓ）。我们把这种植逡逑物通过对ＰＡＭＰ的识别而激活的免疫反应称为ＰＡＭＰ激活的免疫反应（ＰＡＭＰ－ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ邋Ｉｍｍｕｎｉｔｙ，逡逑ＰＴＩ）邋（Ｃｏｕｔｏ邋ａｎｄ邋Ｚｉｐｆｅｌ，２０１６；邋Ｄｏｄｄｓ邋ａｎｄ邋Ｒａｔｈｊｅｎ，邋２０１０；邋Ｔａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ”邋２０１７；邋Ｙｕ邋ｅｔ邋ａｌ”邋２０１７）。ＰＲＲ邋感知逡逑到ＰＡＭＰ后能够激活下游一系列免疫相关信号传导途径和免疫反应，例如ＰＡＭＰ能够在短时间内逡逑诱导活性氧的大量爆发

免疫受体,免疫系统,植物,蛋白

括受体类激酶（Ｒｅｃｅｐｔｏｒ－ｌｉｋｅ邋Ｋｉｎａｓｅ，邋ＲＬＫ）和受体类蛋白（Ｒｅｃｅｐｔｏｒ－ｌｉｋｅ邋Ｐｒｏｔｅｉｎ，ＲＬＰ）。ＲＬＫ？蛋白是逡逑具有单次跨膜结构域的蛋白，其胞外结构域比较复杂多变，包含多种不同的结构，最常见的包括逡逑ＬＲＲ结构域、ＬｙｓＭ结构域和Ｓ－ｌｅｃｔｉｎ结构域等（图１－４），胞外结构域主要负责对配体的识别。逡逑胞内是激酶结构域，能够通过蛋白枺酸化实现对胞外信号的传递和调控（Ｃｏｕｔｏ邋ａｎｄ邋Ｚｉｐｆｅ丨，２０１６；逡逑Ｌｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１６ｂ；邋Ｔａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１７；邋Ｚｉｐｆｅｌ邋ａｎｄ邋Ｏｌｄｒｏｙｄ，邋２０１７）。ＲＬＰ邋蛋白与邋ＲＬＫ邋蛋白的胞外结构域类逡逑似，但ＲＬＰ蛋白缺少像ＲＬＫ蛋白一样的胞内激酶结构域，因此ＲＬＰ蛋白信号向下游的传递需要逡逑其他蛋白激酶的辅助。逡逑细菌鞭毛蛋白是研究最为成熟的ＰＡＭＰ，拟南芥ＬＲＲ－ＲＬＫ邋ＦＬＳ２能够识别鞭毛蛋白Ｎ短２２逡逑个氨基酸的短肽序列（ｆｌｇ２２）邋（Ｇ６ｍｅｚ－Ｇ６ｍｅｚ邋ａｎｄ邋Ｂｏｉｌｅｒ，邋２０００；邋Ｇ６ｍｅｚ－Ｇ６ｍｅｚｅｔａｌ．，１９９９），因此在逡逑科学实验中，往往用ｆｌｇ２２代替鞭毛蛋白开展研宄工作。ＦＬＳ２对ｆｌｇ２２的识别依赖于细胞质膜上逡逑另外一个邋ＬＲＲ－ＲＬＫ邋ＢＡＫ１邋蛋白的参与（Ｃｈｉｎｃｈｉｌｌａ邋ｅｔ邋ａｌ．

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