AbrSSP1是一种来自坏死性病原菌Alternaria brassicae的新型富含半胱氨酸的小分泌蛋白,能够诱导宿主植物和非宿主植物的细胞死亡

时间:2026年5月25日
来源:Physiological and Molecular Plant Pathology

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作者:Shivani Gajbhiye、Usha Rattan、Deepak Duhan、Eshita Jain、Manisha Godara、Sivasubramanian Rajarammohan 印度旁遮普邦Mohali的国家农业食品与生物制造研究所(NABI),邮编140

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作者:Shivani Gajbhiye、Usha Rattan、Deepak Duhan、Eshita Jain、Manisha Godara、Sivasubramanian Rajarammohan
印度旁遮普邦Mohali的国家农业食品与生物制造研究所(NABI),邮编140 306

摘要

小分泌蛋白(SSPs)在多种真菌病原体中发挥着致病作用;然而,它们在坏死型真菌中的功能尚未得到充分研究。本研究鉴定并表征了来自Alternaria brassicae的AbrSSP1,这是一种富含半胱氨酸的SSP,在Brassica juncea感染早期和晚期其表达水平显著升高。基因组分析表明,AbrSSP1是一种效应蛋白,缺乏保守结构域,但含有能够形成二硫键稳定结构的半胱氨酸残基。瞬时表达实验显示,AbrSSP1可在宿主(B. juncea)和非宿主(Nicotiana benthamiana)植物中诱导细胞坏死。纯化的重组AbrSSP1的渗透同样引发了细胞坏死,并提高了宿主和非宿主植物中的过氧化物酶活性,表明其激活了模式触发免疫反应。酵母分泌实验和共聚焦显微镜观察显示AbrSSP1定位于细胞质外空间(apoplast),删除信号肽后其诱导细胞坏死的能力消失,说明其向细胞质外空间的分泌对其功能至关重要。使用AlphaFold2和DeepFRI进行的结构预测显示AbrSSP1具有水解酶样特征,但其底物特异性尚未确定。总体而言,这些发现表明AbrSSP1可能作为一种坏死型效应蛋白,在植物中诱导细胞死亡反应,为A. brassicae的致病机制提供了新的见解。

引言

真菌病原体根据其营养方式分为生物型(biotrophs)、半生物型(hemibiotrophs)和坏死型(necrotrophs)。坏死型真菌会主动杀死宿主细胞并从死亡组织中获取营养,而生物型真菌则依赖活细胞生存。因此,宿主细胞死亡是宿主-病原体相互作用的核心环节。激活宿主控制的细胞死亡对植物有益,可以阻止病原体(尤其是生物型真菌)的入侵。因此,生物型真菌常通过抑制宿主诱导的细胞死亡来建立疾病。相比之下,坏死型真菌可能利用或诱导宿主控制的细胞死亡途径以促进病原体传播和疾病进展[1,2]。病原体通过向宿主细胞分泌代谢物、小蛋白质和RNA分子(统称为效应蛋白)来规避植物的防御机制[3,4],这些效应蛋白会改变细胞过程、抑制防御反应并促进疾病发展[5],[6],[7]。
生物型和半生物型真菌的效应蛋白生物学特性已得到广泛研究,而坏死型真菌的效应蛋白则相对较少受到关注。历史上,坏死型真菌被认为是通过释放毒素和降解细胞壁的酶来破坏植物组织的“暴力”病原体[8]。因此,大多数已发表的研究主要集中在能够诱导宿主细胞死亡的分泌代谢物和肽类毒素上。然而,基因组和转录组测序技术的进步以及效应蛋白预测工具的改进,揭示了坏死型真菌中存在大量蛋白质效应蛋白,表明其致病机制比之前假设的更为复杂[9,10]。
一些坏死型真菌,如Pyrenophora tritici-repentis,会分泌蛋白质毒素,这些毒素决定植物的易感性并引发细胞死亡[11]。某些小分泌蛋白(SSPs)缺乏明确的结构域和功能注释,这使得效应蛋白功能的计算预测变得复杂。尽管如此,一些SSP效应蛋白(如Sclerotinia sclerotiorum的SsNE2、Heterobasidion parviporum的HpSSP35.8以及Zymoseptoria tritici的ZtNIP1和ZtNIP2)已被证明能够诱导细胞死亡[12],[13],[14]。
坏死型真菌Alternaria brassicae会导致芸苔科植物发生Alternaria枯萎病或叶斑病。对A. brassicae的基因组分析发现了超过140个编码潜在效应蛋白的基因[15],转录组分析显示这些基因在Brassica juncea(自然宿主)感染期间表达显著增强[16]。然而,这些效应蛋白的功能和作用仍大部分未被探索。本研究鉴定了AbrSSP1,这是一种富含半胱氨酸的小分泌蛋白,在B. juncea感染期间其表达水平显著升高。研究还旨在确定AbrSSP1是否能够诱导植物细胞死亡,并确定其在植物中的亚细胞定位。

章节片段

真菌菌株、植物材料及生长条件

使用A. brassicae J3菌株进行感染实验。该菌株在23°C、12小时光照/12小时黑暗的条件下,在萝卜根蔗糖琼脂(RRSA;pH 7.0,用1 N NaOH调节)平板上培养15天。对于感染和渗透实验,B. juncea var. Varuna和N. benthamiana植物在土壤岩粉:蛭石(7:3)培养基中生长,温度为22°C,相对湿度为70%,光照时间为10小时/14小时黑暗。

A. brassicae的小分泌蛋白(SSPs)的生物信息学分析及筛选

从NCBI基因库中检索了A. brassicae J3菌株的蛋白质序列

结果

A. brassicae J3的基因组进行了SSPs的筛选,共鉴定出402个预测可分泌的候选蛋白(长度小于300个氨基酸,见补充表S1)。排除CAZymes和具有已知结构域的蛋白质后,有111个假定的SSPs被预测为效应蛋白。其中47个在感染过程中在植物体内表达,14个在感染早期显著上调(见补充表S2)。AbrSSP1在感染早期和晚期表达水平均显著升高(Log2FC = 9.52;调整后的p值 = 2.6759E-40;图1)

讨论

最新研究表明,坏死型真菌采用的致病策略比之前认为的更为复杂,改变了人们对这些病原体的传统认知,即它们不仅仅是简单的“暴力”攻击者,而是利用蛋白质效应蛋白进行致病[9,26]。A. brassicae长期以来被认为是一种分泌细胞毒性毒素的病原体,这些毒素使其能够感染植物。尽管在A. brassicaeA. brassicicola中已经发现了效应蛋白和SSPs

结论

总之,本研究鉴定出了一种新的富含半胱氨酸的细胞质外效应蛋白AbrSSP1,它在B. juncea感染早期和晚期表达水平显著升高。瞬时表达和重组蛋白渗透实验表明,AbrSSP1可在宿主和非宿主植物中诱导细胞坏死和与模式触发免疫(PTI)相关的过氧化物酶活性。此外,向细胞质外空间的分泌是其发挥功能的关键前提。这些观察结果支持AbrSSP1在A. brassicae致病过程中的作用

不适用。

不适用。

资助

本研究得到了印度科学技术部通过DST-INSPIRE Faculty计划对SR的资助,以及生物技术部DBT)在“DBT-UDSC芸苔属植物遗传操作合作中心 - 第二阶段”项目(项目编号:BT/PR44569/AGIII/103/1334/2021)下的支持。

Shivani Gajbhiye:数据整理、正式分析、方法学研究、可视化、初稿撰写。Usha Rattan:数据整理、正式分析、方法学研究、可视化、初稿撰写。Deepak Duhan:数据整理、方法学研究、验证。Eshita Jain:方法学研究。Manisha Godara:方法学研究、验证。Sivasubramanian Rajarammohan:概念提出、资金获取、实验设计、资源协调、监督、验证、初稿撰写及审稿编辑。

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

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