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揭示水楊酸甲酯介導(dǎo)的植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制

文獻(xiàn)背景

植物受到環(huán)境刺激時(shí)會(huì)釋放揮發(fā)性化合物(VOCs)作為植物間的特殊溝通信號(hào)而被感知,進(jìn)而誘導(dǎo)鄰近植物產(chǎn)生防御反應(yīng),這種現(xiàn)象被稱為氣傳性免疫(airborne defense,AD)。盡管幾十年來在眾多植物中已觀察到這種植物間通訊(PPC)現(xiàn)象,并了解其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)意義,然而包括AD在內(nèi)的VOCs介導(dǎo)的PPC的分子機(jī)制仍不清楚。此外,除乙烯受體外,植物中介導(dǎo)VOC傳感系統(tǒng)的受體也一直未確定。


蚜蟲是具破壞性的農(nóng)業(yè)和園藝害蟲,以韌皮部為食,超過40%的植物病毒依靠蚜蟲傳播來感染植物,因此對(duì)作物生產(chǎn)造成了大規(guī)模的破壞。蚜蟲侵害會(huì)誘導(dǎo)植物釋放包含水楊酸甲酯(MeSA)、水楊酸結(jié)合蛋白-2(SABP2)、轉(zhuǎn)錄因子NAC2和水楊酸-羧甲基轉(zhuǎn)移酶-1(SAMT1)在內(nèi)的VOCs。MeSA在植物防御蚜蟲等草食性昆蟲侵害中發(fā)揮重要作用,包括驅(qū)除昆蟲、吸引捕食者或降低昆蟲的生存適應(yīng)性等方式。MeSA被認(rèn)為是植物內(nèi)部和長(zhǎng)距離移動(dòng)信號(hào),參與誘導(dǎo)對(duì)微生物病原體和食草昆蟲的系統(tǒng)獲得性抗性(SAR)。在SAR過程中,水楊酸(SA)在病原體感染的細(xì)胞中積累,并通過SAMT1轉(zhuǎn)化為MeSA;然后,MeSA通過韌皮部進(jìn)入遠(yuǎn)端組織,隨后在未侵染葉中被SABP2重新轉(zhuǎn)化為SA。雖然已知MeSA作為植物內(nèi)SAR信號(hào)的功能,但MeSA如何作為植物間通訊的信號(hào)激活A(yù)D抗蚜蟲防御是一個(gè)長(zhǎng)期未解決的問題。植物是否擁有識(shí)別和感知空氣中MeSA的受體也不清楚。此外,蚜蟲和病毒能否干擾植物氣傳性免疫也未知。本研究揭示了AD的分子機(jī)制和蚜蟲-病毒共同進(jìn)化的共生關(guān)系,證明AD是控制蚜蟲和病毒的潛在仿生策略。


基本信息

題目:

Molecular basis of methyl-salicylatemediated plant airborne defence

期刊:

Nature

影響因子:64.8


通訊作者:

劉玉樂

作者單位:

清華大學(xué)等

索萊寶合作產(chǎn)品:

產(chǎn)品貨號(hào)

產(chǎn)品名稱

IB0100

6-芐氨基喋呤(6-BA)

IA1310

腺苷-5'-三磷酸

N8010

α-萘乙酸(NAA)



摘要

蚜蟲是具破壞性的作物害蟲之一,被蚜蟲侵害的植物會(huì)釋放揮發(fā)性化合物,以引起鄰近植物的氣傳性免疫(AD)。本文揭示了MeSA、SABP2、轉(zhuǎn)錄因子NAC2和SAMT1形成了信號(hào)通路來介導(dǎo)鄰近植物針對(duì)蚜蟲和病毒的AD。空氣中MeSA能夠被MeSA受體蛋白水楊酸結(jié)合蛋白-2(SA-binding protein-2,SABP2)感知并轉(zhuǎn)化為水楊酸(salicylic acid, SA)。水楊酸引起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng),SA激活轉(zhuǎn)錄因子NAC2,上調(diào)水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶1(SA-carboxylmethyltransferase-1,SAMT1)基因的表達(dá),激活NAC2-SAMT1模塊從而產(chǎn)生更多的MeSA,誘導(dǎo)植物的抗蚜蟲免疫,從而降低病毒的傳播。一些蚜蟲傳播病毒比如黃瓜花葉病毒、馬鈴薯Y病毒等能夠編碼含有解旋酶結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì),通過與NAC2蛋白相互作用來抑制AD,改變NAC2蛋白的亞細(xì)胞定位,促進(jìn)NAC2在細(xì)胞質(zhì)中被26S蛋白酶體降解,從而負(fù)調(diào)控NAC2-SAMT1通路,抑制MeSA的合成和揮發(fā),阻斷植物間“預(yù)警"通訊,促進(jìn)蚜蟲對(duì)鄰近植物的侵染和對(duì)病毒的傳播。本研究揭示了AD的分子機(jī)制和蚜蟲-病毒共同進(jìn)化的共生關(guān)系,表明AD是一種潛在的生物仿生策略,可以控制蚜蟲和病毒的傳播。



研究?jī)?nèi)容及結(jié)果

1. 驗(yàn)證植物抗病毒防御需要NAC2

作者通過免疫沉淀-質(zhì)譜分析策略(IP-MS),成功鑒定了本氏豬籠草中黃瓜花葉病毒(CMV)的病毒發(fā)病機(jī)制過程中,核心蛋白CMV1a的相互作用蛋白組,并確定NAC2為CMV1a的重要相互作用因子,以進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a)。CMV1a-NAC2相互作用通過免疫共沉淀(co-IP)、雙分子熒光(BiFC)和熒光素酶互補(bǔ)成像(LCI)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1b-d)。為了評(píng)估NAC2是否影響CMV對(duì)NAC2.1/NAC2.2雙敲除(KO)突變株的感染,通過比較CRISPR-cas9基因編輯(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2a)產(chǎn)生的突變株(NAC2植株)和野生型(WT株)的感染結(jié)果,發(fā)現(xiàn)CMV感染導(dǎo)致NAC2突變株的癥狀更嚴(yán)重,病毒RNA和外殼蛋白(CP)的量更高(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1e-g)。用GFP標(biāo)記的馬鈴薯病毒Y或GFP標(biāo)記的TMV(TMV-GFP)感染的突變株和野生型植株中也有類似的結(jié)果(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1h-m)。這些數(shù)據(jù)表明,NAC2對(duì)植物抗病毒防御至關(guān)重要。 

                                                                    擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1


2. 證明NAC2通過MeSA介導(dǎo)AD對(duì)抗蚜蟲


作者在研究中注意到,在NAC2葉子上定植的綠桃蚜蟲數(shù)量比在WT葉子上的數(shù)量多得多,進(jìn)一步研究了NAC2植株對(duì)蚜蟲吸引力的作用。作者進(jìn)行了圓形培養(yǎng)皿和Y管嗅覺儀生物測(cè)定,發(fā)現(xiàn)NAC2植株比WT植株吸引了更多的蚜蟲,推測(cè)這可能是由空氣傳播信號(hào)介導(dǎo)的(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1n-o)。作者使用氣相色譜法與MS(GC-MS)相結(jié)合來鑒定蚜蟲侵襲的WT植株與NAC2植株釋放的揮發(fā)物。而MeSA是蚜蟲侵襲WT植株與NAC2植株產(chǎn)生差異的VOC,并且蚜蟲侵染后WT釋放的MeSA多于NAC2植株(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2e-h)。MeSA是有據(jù)可查的可誘發(fā)蚜蟲的VOC10-13主要揮發(fā)物。為了測(cè)試NAC2植株對(duì)蚜蟲吸引力的影響是否歸因于MeSA的揮發(fā),研究人員使用GC-MS測(cè)量了對(duì)蚜蟲侵襲的WT植株在空氣中MeSA的排放率,發(fā)現(xiàn)每個(gè)蚜蟲侵襲的WT植株MeSA的排放率為34ng h?1(相當(dāng)于每天排放0.816µg)(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2f)。此外,研究人員發(fā)現(xiàn),含有0.8µg MeSA/羊毛脂處理的植株與蚜蟲侵襲的WT植株有相似的MeSA排放(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2i,j)。因此,研究人員使用0.8µg MeSA/羊毛脂涂抹對(duì)植株進(jìn)行處理,結(jié)果表明NAC2和WT植株對(duì)蚜蟲表現(xiàn)出相似的吸引力(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1p,q)。然而,當(dāng)單獨(dú)用羊毛脂或羊毛脂與其他揮發(fā)物(如3,3-二甲基己烷)處理時(shí),NAC2植株比WT植株對(duì)蚜蟲更具吸引力(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1r,s)。研究人員將NAC2和WT植株置于揮發(fā)性MeSA下24 h,然后通風(fēng)2h,并比較了氣態(tài)MeSA如何影響植株對(duì)蚜蟲的吸引力。在這樣的條件下,WT植株對(duì)蚜蟲的驅(qū)避性更強(qiáng)(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1t,u)。然而,在通風(fēng)和不進(jìn)行揮發(fā)性MeSA處理后,NAC2植株之間的蚜蟲驅(qū)避性沒有明顯差異(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1v,w)。此外,與未進(jìn)行MeSA處理時(shí)觀察到的情況一樣,在MeSA處理下,與揮發(fā)性MeSA處理隨后通風(fēng)的WT植株相比,NAC2植株對(duì)蚜蟲的吸引力仍然更大(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 1x,y)。

為了解釋這種現(xiàn)象背后的原因(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1t-y),研究人員用揮發(fā)性MeSA處理NAC2或WT植株24 h,然后通風(fēng),量化接收植株(接收器)排放的揮發(fā)性MeSA。WT植株反而在空氣中釋放出更高水平的MeSA(圖1a,b)。隨后研究人員比較了蚜蟲MeSA接收植株與模擬WT植株在涂抹后的吸引力,所有植株都含有MeSA/羊毛脂,但發(fā)現(xiàn)它們?cè)谘料x偏好方面沒有差異(圖1c,d)。此外,在用MeSA/羊毛脂涂抹NAC2和WT接收植株后,這些MeSA接收植株還同樣吸引蚜蟲(圖1e,f)。接下來,研究人員以蚜蟲侵襲的植物為發(fā)射植株(發(fā)生源),研究了NAC2植株在自然露天環(huán)境下AD的作用(圖3a)。在被吸汁蚜蟲感染后,WT植株不斷排放VOC MeSA(圖1g,h)。值得注意的是,NAC2接收植株釋放的MeSA波動(dòng)性較低,但是當(dāng)發(fā)生源受到蚜蟲攻擊時(shí),與WT接收植株相比,其表現(xiàn)出對(duì)蚜蟲更高的吸引力(圖1i-l)。與鄰近的模擬發(fā)射植株相比,受蚜蟲侵染的WT相鄰接收植株對(duì)蚜蟲的驅(qū)避性更強(qiáng),而與模擬蚜蟲攻擊發(fā)射植株相鄰的NAC2接收植株之間的蚜蟲驅(qū)避性沒有顯著差異(圖1m,n)。此外,在以接收植株喂食24小時(shí)后,WT中的蚜蟲存活率降低,但NAC2接收植株的存活率沒有降低(圖 1o,p)。這些結(jié)果表明,一旦感知到MeSA,鄰近接收植株中的MeSA生物合成是以NAC2依賴性方式調(diào)節(jié)進(jìn)而介導(dǎo)可對(duì)抗蚜蟲的AD。


                                                                        擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖2


                                                                                   圖1

3. NAC2激活SAMT1轉(zhuǎn)錄


接下來,研究人員開始探索NAC2和MeSA生物合成之間的分子遺傳機(jī)制。NAC2作為轉(zhuǎn)錄因子(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3b),可以定位于細(xì)胞核中(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3c)。隨后,研究人員對(duì)有和沒有蚜蟲喂食的WT和NAC2植株進(jìn)行了RNA測(cè)序(RNA-seq)和比較轉(zhuǎn)錄組分析,并鑒定了許多潛在的NAC2調(diào)節(jié)差異表達(dá)基因(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4和補(bǔ)充表1和2),其中SAMT1的結(jié)果特別令人感興趣(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4e)。無論這些植物是否受到蚜蟲的侵襲,NAC2植株的SAMT1 RNA水平都低于WT植株(補(bǔ)充表1和2)。SAMT1將SA轉(zhuǎn)化為MeSA19,研究人員通過定量研究NAC2、HA-NAC2過表達(dá)和WT植株葉片組織中的SAMT1轉(zhuǎn)錄本,以評(píng)估NAC2是否通過調(diào)節(jié)SAMT1的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。結(jié)果表明,與WT植株相比,NAC2植株的SAMT1 mRNA水平顯著降低,但HA-NAC2過表達(dá)植株的SAMT1 mRNA水平升高(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3d,e)。此外,熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)表明,NAC2增強(qiáng)了SAMT1啟動(dòng)子控制下的報(bào)告基因的轉(zhuǎn)錄(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3f)。ChIPqPCR、酵母單雜交和EMSA分析均表明,NAC2與SAMT1啟動(dòng)子結(jié)合,并激活報(bào)告基因轉(zhuǎn)錄(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3g-i)。此外,NAC2的瞬時(shí)過表達(dá)增加了植物MeSA的產(chǎn)生(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 3j)。這些結(jié)果表明,NAC2-SAMT1模塊與植物MeSA生物合成的調(diào)控有關(guān)。


                                                                                                                                擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖3

                                                                            擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖4

4. SA激活NAC2-SAMT1模塊引發(fā)AD


為了研究NAC2是否通過激活SAMT1轉(zhuǎn)錄影響接收植株MeSA的產(chǎn)生,研究人員評(píng)估了不同處理?xiàng)l件下突變株NAC2、NahG和WT植株中的NAC2和SAMT1的mRNA水平(圖 2f)。蚜蟲侵襲后,WT和NAC2植株的SA水平升高程度相近,然而,細(xì)胞MeSA和SAMT表達(dá)的增加僅在WT植株中發(fā)現(xiàn)(圖2e-g)。在WT接收植株和NAC2接收植株鄰近蚜蟲侵襲植株中也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果(圖 2h-j)。這些結(jié)果表明,NAC2是蚜蟲定向誘導(dǎo)或蚜蟲介導(dǎo)的SAMT1表達(dá)和揮發(fā)性MeSA產(chǎn)生所必需的。此外,外源性SA上調(diào)了NAC2和SAMT1在WT植株中的表達(dá),但在NAC2突變株中SAMT1 mRNA的表達(dá)水平未顯著改變(圖 2k,l)。與NAC2突變株相比,外源性SA也誘導(dǎo)WT植株的MeSA揮發(fā)性和蚜蟲驅(qū)避性(圖2m–p),并增加SAMT1-KO植株中NAC2和SAMT1轉(zhuǎn)錄本的水平(圖 2q;圖2b,c),samt1植株對(duì)蚜蟲的吸引力也更強(qiáng),而且在samt1植株中外源性SA不誘導(dǎo)蚜蟲驅(qū)避(圖2r-t)。此外,暴露于蚜蟲侵襲的samt1植株中揮發(fā)性MeSA的產(chǎn)生減少(圖3a,b),在進(jìn)一步的蚜蟲行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中,研究人員發(fā)現(xiàn)與鄰近模擬的WT接收植株相比,鄰近蚜蟲侵襲的WT發(fā)射植株的WT接收植株對(duì)蚜蟲的驅(qū)避性更強(qiáng),然而,無論何時(shí)將這些發(fā)射植株暴露于蚜蟲侵襲中,與NAC2或SAMT1發(fā)射植株相鄰的WT接收植株在蚜蟲驅(qū)避性方面都沒有顯著差異(圖3c-e)。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了MeSA作為植物AD中PPC信號(hào)的作用??偟膩碚f,結(jié)果表明SA可以激活NAC2-SAMT1轉(zhuǎn)錄進(jìn)而增加發(fā)射和接收植株中揮發(fā)性MeSA的產(chǎn)生。

作為一種SA結(jié)合蛋白,SABP2也可以與MeSA結(jié)合,這對(duì)于細(xì)胞內(nèi)MeSA轉(zhuǎn)化為SA至關(guān)重要。因此,SABP2可以作為一種OBP樣受體,感知并將發(fā)射植株產(chǎn)生的揮發(fā)狀態(tài)MeSA轉(zhuǎn)化為SA以觸發(fā)NAC2介導(dǎo)的接收植株中的蚜蟲抗性。為了驗(yàn)證這一想法,研究人員首先確認(rèn)SABP2與SA結(jié)合(圖3f),通過競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MeSA是否影響SABP2-SA的結(jié)合活性(圖3g)。在無MeSA的情況下,SABP2-[3H]SA(50 Ci mmol?1)結(jié)合力為100%。然而,在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,3nM和15nM的MeSA,SABP2對(duì)[3H]SA的結(jié)合活性分別降低到約74%和46%(圖3g)。因此,3nM的MeSA足以滿足用于[3H]SA與SABP2的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合實(shí)驗(yàn),表明MeSA可以以生理濃度與SABP2結(jié)合。隨后,研究人員建立了SABP2-KO突變株(sabp2),并測(cè)試了sabp2突變株與WT植株的蚜蟲驅(qū)避性,用揮發(fā)性的MeSA處理,然后進(jìn)行通氣,揮發(fā)性的MeSA處理可增加WT的蚜蟲驅(qū)避性和SA生物合成,但對(duì)于sabp2突變株并沒有增加(圖3h-j和擴(kuò)展圖2d)。此外,蚜蟲喂食WT發(fā)射植株增加了WT植株的蚜蟲驅(qū)避性,但sabp2未增加(圖3k)。此外,外源性的SA對(duì)WT和sabp2植株的MeSA揮發(fā)性無顯著差異,表明SABP2對(duì)MeSA的釋放不是必須的(圖3l,m)。這些結(jié)果表明,SABP2確實(shí)是一種OBP樣受體,可以感知并將空氣中的MeSA轉(zhuǎn)化為SA,引起NAC2介導(dǎo)的蚜蟲驅(qū)避性。

SAMT1是植物抗病毒免疫所必需的。為了測(cè)試SAMT1是否為NAC2介導(dǎo)的植物抗病毒免疫中的一個(gè)組成部分。研究人員敲低(KD)samt1植株中的NAC2,使用基于煙草脆裂病毒(TRV)誘導(dǎo)的基因沉默產(chǎn)生nac2/samt1雙突變植株。與NAC2突變株一樣,NAC2-KD植株表現(xiàn)出正常生長(zhǎng),和對(duì)CMV和PVY的高易感性(圖1e-j,擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5a-e,h-l),表明病毒誘導(dǎo)的基因沉默NAC2-KD與NAC2-KO株有相似性。然而,nac2/samt1和samt1植株表現(xiàn)出相似程度的CMV或PVY易感性(圖 5a-e,h-l)。此外,CMV感染增強(qiáng)了植物細(xì)胞內(nèi)MeSA水平(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5f)。在病毒感染期間,NAC2-KD、samt1和nac2/samt1植株的未侵襲葉片產(chǎn)生相似數(shù)量的MeSA,但與WT植株相比,數(shù)量較低(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5g)。此外,作者還研究了外源性MeSA或SA在nac2、sabp2、samt1和WT不同植株中,MeSA是否以及如何通過NAC2介導(dǎo)植物抗病毒防御。與WT植株相比,nac2、samt1和sabp2植株對(duì)CMV和PVY更易感(圖3n,o)。然而,外源性MeSA可以降低nac2和samt1植株的病毒易感性,但對(duì)sabp2植株無效(圖 3n,o),可能是由于WT、nac2和samt1植株中的MeSA轉(zhuǎn)化為 SA。外噴SA也可以降低nac2、samt1和sabp2植株的病毒易感性(圖3n,o)。這與以下事實(shí)一致:SA可以抑制多種病毒對(duì)植物的感染,包括CMV、馬鈴薯病毒X和TMV。

綜上所述,MeSA結(jié)合蛋白SABP2能夠在結(jié)合MeSA時(shí),將細(xì)胞間的MeSA轉(zhuǎn)化成SA。由此實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)起。隨后SA激活NAC2-SAMT1模塊,以此上調(diào)內(nèi)源MeSA水平,促進(jìn)NAC2依賴性SAMT1的轉(zhuǎn)錄與翻譯。



                                                                                                   圖2

                                                                                                         圖3

                                                                             擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖5
5. CMV1a破壞NAC2的穩(wěn)定性以抑制AD


研究表明CMV感染可以抑制蚜蟲誘導(dǎo)的AD(圖4a),從而有利于蚜蟲的生存和病毒的傳播與感染,可能是通過CMV介導(dǎo)MeSA所致。CMV1a-NAC2相互作用(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a-d)表明CMV1a可能參與CMV介導(dǎo)的AD抑制。為了驗(yàn)證這一點(diǎn),首先生成了表達(dá)CMV1a的轉(zhuǎn)基因煙草植物(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6a,b),并評(píng)估了CMV1a對(duì)植物、蚜蟲和AD吸引力的影響。圓形培養(yǎng)皿和Y管嗅覺儀生物測(cè)定表明,CMV1a表達(dá)導(dǎo)致植物對(duì)蚜蟲具有更高的吸引力(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 6c,d)。表明CMV1a參與CMV介導(dǎo)的AD抑制。

為了了解 CMV1a-NAC2相互作用在CMV介導(dǎo)的AD抑制中的重要性,研究人員鑒定了CMV1a中與NAC2相互作用的關(guān)鍵氨基酸。CMV1a由N端甲基轉(zhuǎn)移酶和C端ATP依賴性解旋酶結(jié)構(gòu)域(HD)組成。此外,研究人員發(fā)現(xiàn)CMV1a HD是CMV1a-NAC2相互作用的主要區(qū)域(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6l)。隨后,研究人員使用Alpha Fold-Multimer27模擬了CMV1a-NAC2復(fù)合物的結(jié)構(gòu),并觀察到 CMV1a中983位的甘氨酸殘基與NAC2物理距離最近,預(yù)測(cè)該殘基可能是CMV1a與NAC2相互作用所必需的(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6m,n)。CMV1a HD或全長(zhǎng)CMV1a中的G983D突變嚴(yán)重降低了CMV1a-NAC2的相互作用(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 6o-q)。

接下來,研究人員使用BiFC研究了CMV1a-NAC2相互作用的亞細(xì)胞定位,發(fā)現(xiàn)CMV1a在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都與NAC2相互作用(圖1c),這與沒有CMV1a共表達(dá)的NAC2定位不同(圖3c),表明CMV1a可以將一些NAC2從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)。類似的還有CMV1aMYC,但是cLUCMYC和CMV1a(G983D)-MYC均未出現(xiàn)這種現(xiàn)象,這或許可以解釋引起部分RFP-NAC2的細(xì)胞質(zhì)定位和細(xì)胞核中較少的RFP熒光(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 7a)。值得注意的是,CMV1a-MYC沒有改變RFP核定位,表明CMV1a-MYC定向NAC2的重新定位取決于NAC2-CMV1a相互作用(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7b)。此外,研究人員使用核輸出信號(hào)(NES)標(biāo)記的NAC2研究了細(xì)胞質(zhì)NAC2的穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)NES-NAC2定位于細(xì)胞質(zhì)中,NAC2易被26S-蛋白酶體系統(tǒng)降解(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7c,d)。此外,瞬時(shí)CMV1a表達(dá)增強(qiáng)了26S-蛋白酶體系統(tǒng)對(duì)NAC2的降解,但不影響RFP穩(wěn)定性(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 7e-i),而CMV1a(G983D)未引起NAC2降解(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7f–i)。

瞬時(shí)表達(dá)試驗(yàn)表明,是CMV1a而非CMV1a(G983D)抑制NAC2介導(dǎo)的SAMT1激活啟動(dòng)子(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7j)。此外,CMV1a(G983D)或CMV1a植株與WT植株的Y管嗅覺儀生物測(cè)定和GC-MS分析表明,CMV1a(G983D)降低CMV1a介導(dǎo)的植物對(duì)蚜蟲的吸引力和抑制MeSA揮發(fā)(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7k-m)。而且Y管嗅覺儀生物測(cè)定提供了額外的證據(jù),證實(shí)氨基酸殘基Gly983對(duì)CMV1a抑制植株間AD至關(guān)重要。

綜上所述,表明CMV1a通過與NAC2的直接相互作用,影響NAC2的亞細(xì)胞定位并破壞其穩(wěn)定性,從而降低轉(zhuǎn)錄因子NAC2驅(qū)動(dòng)的SAMT1激活和MeSA的產(chǎn)生,進(jìn)而干擾和抑制AD。



                                                                            擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖6
 

                                                                       擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖7

                                                                                                 圖4
6. 一些蚜蟲傳播的病毒抑制AD


CMV1a具有甲基轉(zhuǎn)移酶和解旋酶活性,并構(gòu)成病毒復(fù)制酶復(fù)合物的一部分,通過其HD與NAC2相互作用(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖1a-d)。值得注意的是,來自許多蚜蟲傳播病毒的HDs,包括馬鈴薯Y病毒、黃蜂病毒、黃體病毒和阿爾法莫病毒在與CMV1a Gly983相對(duì)應(yīng)的位置均含有保守的甘氨酸殘基(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8和9a)。

GC-MS分析顯示,PVY感染并影響了蚜蟲侵染后植物MeSA的揮發(fā)。此外,作者還研究了,兩種蚜蟲傳播的病毒CMV和PVY使NAC2能夠從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)重新定位(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9i)。同樣,PVY CI,而不是CI(G347D)或非蚜蟲傳播病毒TMV的126KD蛋白,與NAC2相互作用(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9j,k),并部分破壞NAC2的穩(wěn)定性(擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9l)。這些結(jié)果表明,一些蚜蟲傳播的病毒已經(jīng)進(jìn)化到利用含HD的蛋白質(zhì)作為干擾植物AD的一般策略。


                                                                     擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖8 


                                                                            擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖9 


結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)蚜蟲侵染植物后,植物會(huì)產(chǎn)生MeSA,誘導(dǎo)植物的抗蚜蟲免疫,并降低病毒的傳播。此外,還發(fā)現(xiàn)一些蚜蟲傳播病毒能夠編碼含有解旋酶結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與NAC2蛋白相互作用,改變NAC2蛋白的亞細(xì)胞核定位至細(xì)胞質(zhì)中,促使NAC2在細(xì)胞質(zhì)中被26S蛋白酶體降解,從而負(fù)調(diào)控NAC2-SAMT1通路,抑制蚜蟲侵染植物MeSA的合成和揮發(fā),阻斷植物間“預(yù)警"通訊,促進(jìn)蚜蟲對(duì)鄰近植物的侵染和對(duì)病毒的傳播。本研究也鑒定了識(shí)別和感知空氣中MeSA的氣味結(jié)合蛋白(OBP)樣受體SABP2,揭示了MeSA介導(dǎo)植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及植物病毒的反防御機(jī)制,說明了一種全新的蚜蟲-病毒之間共進(jìn)化的共生關(guān)系,為VOC觸發(fā)PPC的詳細(xì)機(jī)制奠定了基礎(chǔ),為未來植物與環(huán)境的適應(yīng)性研究提供了方向。


索萊寶產(chǎn)品亮點(diǎn)







更多產(chǎn)品

套裝貨號(hào)

套裝名稱

描述

IA1310

腺苷-5'-三磷酸

是體內(nèi)能量?jī)?chǔ)存和代謝的重要物質(zhì),為代謝提供能量,同時(shí)在細(xì)胞中作為輔酶發(fā)揮作用。

IA0590

三磷酸腺苷二鈉

是用于代謝反應(yīng)中底物活化的磷酸基團(tuán)供體和大量激酶的輔酶。

IA2970

腺苷-5'-

單磷酸一水

是腺苷A1受體(adenosine A1 receptor)激動(dòng)劑。

IB0100

6-芐氨基喋呤

(6-BA)

是一種細(xì)胞分裂素,通過刺激細(xì)胞分裂引起植物生長(zhǎng)和發(fā)育,可調(diào)節(jié)植物的抗氧化系統(tǒng)的活性。

IE0110

24-

表油菜素內(nèi)酯

是一種植物生長(zhǎng)激素。據(jù)報(bào)道,具有緩解植物重金屬和農(nóng)藥脅迫潛力。此外,在各種癌細(xì)胞中是一種潛在的凋亡誘導(dǎo)劑,而不影響非腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。

IH0650

28-

高油菜素內(nèi)酯

是一種具有生物活性的化合物。

IH0660

28-

表高油菜素內(nèi)酯

具有高促生長(zhǎng)和抗應(yīng)激活性的一類新型甾體植物激素。

IN0540

1-萘乙酸(NAA)

是具有生長(zhǎng)素活性的合成植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

II0430

3-吲哚乙酸

是一種植物生長(zhǎng)激素??梢蕴砑拥郊?xì)胞培養(yǎng)基中用來誘導(dǎo)植物細(xì)胞伸長(zhǎng)和分裂。

II0500

吲哚丁酸

是植物生長(zhǎng)素和良好的生根劑。它可以促進(jìn)草本植物和木本觀賞植物生根,并用于提高果實(shí)率。

II0540

吲哚丙酸

是一種有效的神經(jīng)保護(hù)性抗氧化劑和植物生長(zhǎng)素。

II0580

吲哚乙腈

是一種植物生長(zhǎng)激素。



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