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        核盤菌中ITC水解酶可增強(qiáng)病原菌的致病力(2020.6.21 Plant Biotechnology Journal )

        2020-07-31 09:41:24
        三農(nóng)資訊半月報(bào) 2020年12期
        關(guān)鍵詞:盤菌芥子菌核

        幾乎所有生物都使用化學(xué)防御來(lái)抵御其天敵,這樣的防御可能會(huì)對(duì)病原菌微生物的繁殖產(chǎn)生負(fù)面影響。植物會(huì)使用一種策略在需要時(shí)激活無(wú)毒原毒素的生產(chǎn)來(lái)阻止病原體和草食動(dòng)物攻擊同時(shí)避免自身中毒。例如,十字花科植物產(chǎn)生氨基酸衍生的硫代葡萄糖苷(GLs),其在組織受損時(shí)被β-硫代葡萄糖苷葡糖水解酶(黑芥子酶)激活產(chǎn)生有毒的異硫氰酸鹽(ITC)和腈。這種策略可以防御許多昆蟲、食草動(dòng)物和某些病原體的攻擊。但是像菜籽、卷心菜和西蘭花等蕓苔屬作物仍遭受特定昆蟲和微生物病原體的嚴(yán)重侵襲。一些專門的食草昆蟲和動(dòng)物可以代謝GL防止毒性ITC形成。但是,大多數(shù)草食動(dòng)物不會(huì)阻止GL的活化,而是使用一般的谷胱甘肽(GSH)途徑來(lái)偶聯(lián)GL水解產(chǎn)物,從而使其失活。有趣的是,研究證明細(xì)菌還可以對(duì)ITC水解產(chǎn)物進(jìn)行解毒,這與草食動(dòng)物中的細(xì)菌明顯不同,方法是使用稱為ITC水解酶的金屬-β-內(nèi)酰胺酶(MBL)酶將ITC直接降解為羰基硫及其相應(yīng)的胺。最近,在甲蟲中也檢測(cè)到ITC代謝的次要產(chǎn)物胺和其相應(yīng)的乙?;苌铮胁磺宄@種轉(zhuǎn)化是由昆蟲本身還是與其相關(guān)的微生物群落產(chǎn)生的。盡管我們了解昆蟲和細(xì)菌中的GL代謝,但對(duì)GL的真菌代謝以及在十字花科植物中定植的病原真菌如何應(yīng)對(duì)GL及其毒性水解產(chǎn)物知之甚少。

        近日德國(guó)化學(xué)生態(tài)研究所在NC上發(fā)表”The phytopathogenic fungus Sclerotinia sclerotiorum detoxifies plant glucosinolate hydrolysis products via an isothiocyanate hydrolase”的文章。

        該文章利用菌核盤菌(Sclerotinia sclerotiorum)具有很強(qiáng)破壞性和地理分布較廣的植物真菌病原體,侵染擬南芥葉片,詳細(xì)地探究了GL在植物與核盤菌之間相互作用中的作用

        首先作者分別用真菌感染野生型和tgg1/tgg2(葉片黑芥子病的缺陷)和myb28/myb29(脂肪族GL缺陷)的突變體。脂肪族GL缺乏的擬南芥myb28/myb29突變體比具有WT GL水平的植物更容易受到感染。tgg1/tgg2突變體上的核盤菌值比野生型植物上的值要高,該突變體缺乏激活GLs的葉片黑芥子酶,但與myb28/myb29上的定植相似。因此,作者推斷脂族GL通過(guò)其水解產(chǎn)物(ITC)有助于植物抵抗病原真菌。為了確定在真菌感染過(guò)程中脂肪族GL和ITC的水平是否發(fā)生變化,在菌核和模擬接種的擬南芥中對(duì)4MSOB-GL(擬南芥Col-0葉片中最豐富的GL)及其水解產(chǎn)物4MSOB-ITC進(jìn)行了定量。結(jié)果表明GL系統(tǒng)已在感染初期被真菌激活,而后期ITC的水平降低可能是由于真菌降解ITC所致。為了探索真菌如何修飾這些化合物,作者將核糖鏈球菌培養(yǎng)物分別與4MSOB-GL和4MSOBITC孵育,并通過(guò)液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)分析來(lái)自培養(yǎng)基的樣品。發(fā)現(xiàn)核盤菌通過(guò)兩種ITC轉(zhuǎn)化途徑(巰基丙酸結(jié)合途徑和水解降解途徑)降低4MSOB-ITC的濃度。

        為了鑒定造成菌核盤菌中ITC降解的相應(yīng)基因,作者從核盤菌中搜索了已知ITC酶SaxA的菌盤菌蛋白同源物。選擇了五個(gè)S.sclerotiorum MBL蛋白(SS1G_12040,SS1G_11053,SS1G_01079,SS1G_14439和SS1G_12145)并通過(guò)RT-qPCR檢測(cè)確定了候選基因Ss12040命名為SsSaxA,酶活實(shí)驗(yàn)證明SsSaxA可以將ITC作為底物進(jìn)行水解。為了確定SsSaxA基因的缺失是否影響菌核菌中的ITC代謝,作者還創(chuàng)建了SsSaxA突變的菌株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將WT和ΔSsSaxA突變體在4MSOB-ITC的液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),并通過(guò)時(shí)間過(guò)程比較ITC降解率。結(jié)果發(fā)現(xiàn),WT真菌降解4MSOB-ITC的速度明顯比ΔSsSaxA突變體快。這些結(jié)果表明,SsSaxA負(fù)責(zé)核盤菌中的ITC水解。為了進(jìn)一步研究水解途徑對(duì)ITC真菌耐受性的重要性,分別暴露于一系列濃度分別為4MSOB-ITC和2PE-ITC的乙醇(EtOH)和DMSO溶液中后,測(cè)定WT和ΔSsSaxA真菌的生長(zhǎng)。在對(duì)照板上,WT和ΔSsSaxA突變真菌的生長(zhǎng)速率沒有顯著差異,表明SaxA在正常條件下對(duì)于核盤菌的生長(zhǎng)和發(fā)育不是必需的。但是,在4MSOB-ITC和2PE-ITC均存在的情況下,ITCase缺乏會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)顯著降低。因此,依賴SsSaxA的ITC排毒可以使核盤菌耐受培養(yǎng)基中的ITC。

        綜上所述,在本研究中,作者發(fā)現(xiàn)植物防御主要由兩部分組成。十字花科的GL-黑芥子酶系統(tǒng)在防御真菌感染中起重要作用。GLs對(duì)有毒ITC水解產(chǎn)物的活化有助于降低擬南芥對(duì)壞死性病原菌S.sclerotiorum的敏感性。

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