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丁兆军教授团队在Cell Reports发表病原菌在植物根部入侵的新进展
作者:孔祥培   时间:2020-08-26  

近日,云顶集团官网、植物发育与环境适应生物学教育部重点实验室丁兆军教授团队在Cell子刊Cell Reports杂志在线发表了题为“Antagonistic Interaction between Auxin and SA Signaling Pathways Regulates Bacterial Infection through Lateral Root in Arabidopsis”的研究论文。云顶集团官网为该论文的第一完成单位,孔祥培助理研究员和博士后张春雷是本论文的共同第一作者,丁兆军教授和孔祥培助理研究员为本论文的共同通讯作者。

植物病原体采用各种复杂的策略入侵宿主,然后从宿主那里获取营养和水分以促进其生长。植物表面(例如气孔)为病原体提供了入侵位点。已有的研究表明当植物遭受病原菌侵染时,叶片细胞表面的模式识别受体(Pattern Recognition Receptors,PRRs)检测到微生物相关分子模式 (Microbe-Associated Molecular Patterns,MAMP) 能诱导气孔免疫反应 (stomatal defense),促进气孔关闭,阻止病原菌的入侵。

除了固着之外,植物的根还负责水分和养分的吸收,因此根系在植物的生长和发育中起着非常重要的作用。植物根际密布着多种微生物,包括真菌、细菌和线虫。据报道,细菌鞭毛蛋白flg22处理在根中也可以激活免疫反应,表明植物根系的免疫反应也是植物先天免疫系统的重要组成部分。虽然如此,但是关于病原菌在植物根部入侵的分子机制,我们还知之甚少。

侧根原基(LR primordia,LRP)对初生根的内皮层,皮层和表皮层的突破,恰恰为外界病原菌的入侵提供了空间和入口。通过GFP标记Pto DC3000,作者发现大量的Pto DC3000 聚集在侧根突破(LR emergence,LRE)处,这些结果暗示侧根是病原菌潜在的入侵位点。同时,研究者发现Pto DC3000能显著促进侧根的发育,并且该过程是依赖于IAA14-ARF7/19-LBD16/18这一经典的生长素信号通路。此外,病原菌分泌的效应子和产生的植物毒素COR (coronatine)都参与了病原菌对侧根的诱导。flg22处理能诱发侧根免疫反应(lateral root defense),抑制LRE。该研究还发现SA能明显抑制侧根的发生,并且这一过程部分依赖于ARF7。过表达SA响应基因PR1PR2能部分抑制病原菌对于LRE的诱导。进一步的研究发现ARF7能结合到PR1PR2的启动子进而抑制PR1PR2的转录。

综上,该研究阐明了生长素信号和SA信号在侧根发生过程中的拮抗作用以及它们参与调控病原菌通过侧根入侵的分子机制。该研究结果为深入理解植物根系与根际微生物互作提供重要的参考价值。

该研究工作受到国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省重点研发计划(公益性科技攻关类)、山东大学青年学者未来计划、山东大学青年交叉科学创新群体等的资助。


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108060


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