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The Plant Cell:南京农大陶小荣课题组揭示一种植物免疫受体蛋白发挥广谱抗性的新机制

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摘要 : 2017年8月8日,国际植物科学顶级期刊《The Plant Cell》在线发表了南京农业大学植保学院陶小荣教授课题组的最新研究成果

2017年8月8日,国际植物科学顶级期刊《The Plant Cell》在线发表了南京农业大学植保学院陶小荣教授课题组的最新研究成果,论文题为“The Intracellular Immune Receptor Sw-5b Confers Broad-spectrum Resistance to Tospoviruses through Recognition of a Conserved 21-amino-acid Viral Effector Epitope”。植保学院讲师朱敏与博士生蒋磊为共同第一作者,陶小荣教授为通讯作者。

植物主要通过细胞表面的模式识别受体PRR(pattern recognition receptor)和细胞内的NLR(nucleotide-binding leucine-rich repeat)类免疫受体来识别和抵御病原有害生物的侵染。PRR类受体识别病原有害生物的高度保守的分子结构或特征来发挥对病原物的广谱抗性。NLR类受体则通过识别病原物编码的一些特定的效应蛋白来发挥小种抗性。有意思的是来自茄科植物的一类NLR受体蛋白如Sw-5b及其同系物Mi-1.2和Hero则对多种病原物或有害生物具有广谱抗性。然而,迄今为止这一类NLR免疫受体蛋白到底如何发挥广谱抗性的机制还并不清楚。

番茄斑萎病毒属(Tospovirus)病毒及其典型成员番茄斑萎病毒 (Tomato spotted wilt virus, TSWV) 可侵染1000多种植物,每年在全球范围内造成数十亿美元的经济损失,被列为全球为害最严重的植物病毒之一。在我国发生的番茄斑萎病毒属病毒包括美洲型和欧亚型两大类,其中流行最为广泛的TSWV则属于美洲型病毒。该研究发现来自番茄的免疫受体蛋白Sw-5b可通过识别美洲型番茄斑萎病毒编码的移动蛋白NSm中的一段高度保守的由21个氨基酸组成的肽段(NSm21)从而实现其对该类病毒的广谱抗性。进一步研究发现Sw-5b是通过与NSm21发生直接互作来诱导植物的防御反应的。该研究还鉴定了Sw-5b识别NSm21的关键位点,并进一步揭示了受体蛋白从识别到抗性激活的转换分子机制。另外,对南美野生番茄Sw-5的进化研究发现该免疫受体蛋白对病毒的识别位点是在长期的正向选择作用下进化而来的。

该研究不仅阐明了番茄免疫受体蛋白Sw-5b对番茄斑萎病毒的广谱抗性机制,同时也向植物免疫研究领域提供了第一个植物NLR类免疫受体蛋白通过识别病原物一段保守的肽段来发挥广谱抗性的实例。该研究得到了国家自然科学基金重点项目的资助。

The Plant Cell:南京农大陶小荣课题组揭示一种植物免疫受体蛋白发挥广谱抗性的新机制
番茄免疫受体蛋白Sw-5b发挥广谱抗性的机制

原文链接:

The IntraCellular Immune Receptor Sw-5b Confers Broad-spectrum Resistance to Tospoviruses through Recognition of a Conserved 21-amino-acid Viral Effector Epitope

原文摘要:

Plants use both cell surface-resident pattern-recognition receptors (PRRs) and intracellular nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) receptors to detect various pathogens. Plant PRRs typically recognize conserved pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) to provide broad-spectrum resistance. By contrast, plant NLRs generally detect pathogen strain-specific effectors and confer race-specific resistance. Here, we demonstrate that the tomato NLR Sw-5b confers broad-spectrum resistance against American type tospoviruses by recognizing a conserved 21-amino-acid peptide region within viral movement protein NSm (NSm21). Sw-5b NB-ARC-LRR domains directly associate with NSm21 in vitro and in planta. Domain swap, site-directed mutagenesis and structure modeling analyses identified four polymorphic sites in the Sw-5b LRR domain that are critical for the recognition of NSm21. Furthermore, recognition of NSm21 by Sw-5b likely disturbs the residues adjacent to R927 in the LRR domain to weaken the intramolecular interaction between LRR and NB-ARC domains, thus translating recognition of NSm21 into activation of Sw-5b. Natural variation analysis of Sw-5b homologs from wild tomato species of South America revealed that the four polymorphic sites in the Sw-5b LRR domain were positively selected during evolution and are all necessary to confer resistance to tospovirus. The results described here provide a new example of a plant NLR mediating broad-spectrum resistance through recognition of a small conserved PAMP-like region within the pathogen effector.

DOI:10.1105/tpc.17.00180

作者:陶小荣 点击:

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