Cell Host Microbe | 柔道精神--茄属植物与致病菌之间斗智斗勇借力打力

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致病菌将效应蛋白注入宿主细胞中，操纵细胞生长发育过程，促进感染。转录激活子类效应子(TALEs)是植物致病菌中的一种效应子，它通过转录激活宿主基因来促进疾病的发生。然而近期CELL上的一项研究指出，聪慧的茄科植物借力打力，利用植物病原菌效应物来提高自身的免疫力。（点击话题：植物病原微生物）

来自德国图宾根大学植物分子生物学中心的Thomas Lahaye教授及其团队在CELL子刊上发表了题为“A Plant Type III Effector Protein Subverts Translational Regulation to Boost Host Polyamine Levels”的研究成果。该团队鉴定了精氨酸脱羧酶(ADC)基因作为Brg11的宿主靶点，Brg11是一种来自植物病原体青枯病菌的TALE类效应物。Brg11靶向ADC基因一个17-bp的序列，该序列是保守的50-bp motif的一部分，称为ADC-box，位于参与多胺生物合成的ADC基因的上游。

文章指出转录后的ADC-box减弱了自身ADC mRNA的翻译;然而，Brg11由于截断了5 ' UTR,诱导截断缺乏ADC-box的ADC mRNA，从而避免了这种翻译控制。因此，Brg11会诱导多胺水平升高，从而引发防御反应，并可能抑制细菌的生态位竞争对手，但不会抑制青枯菌。

Brg11在细菌-宿主-微生物三元互作关系中的作用示意图

该研究结果表明，ADCs对丁香假单胞菌的生长有抑制作用，而对茄属植物的生长无抑制作用。Brg11可能通过阻碍利己竞争对手来帮助茄属植物，是茄属植物具有竞争优势的重要物质，并揭示了细菌效应因子在调节细菌-宿主-微生物三元互做关系中的作用。该文章具体的研究结果如下。

动植物致病菌的毒力依赖于细菌通过其III型(T3)、IV型(T4)或VI型(T6)分泌系统直接注入真核和原核靶细胞的细胞质中的效应蛋白。T4和T6效应物通常被注射到拮抗细菌中，它们在拮抗细菌中起效毒素的作用。相比之下，T3效应物通常被注射到真核宿主细胞中，在那里它们可以促进细菌的生长。已有研究认为，某些T3效应因子对宿主细胞进行重新编程，以抑制微生物生态位竞争对手的生长。Brg11是青枯菌蛋白家族的创始成员，该家族被指定为RipTALs，在结构上与转录激活子样效应子(TALEs)相关，该家族是一个研究广泛的T3效应子家族，存在于植物致病性杆菌属黄单胞菌(Xanthomonas)菌株中。

首先该文章指出Brg11只靶向ADC基因。为了确认Brg11-EBEs的功能在本地的推动者,作者融合SlADC1/2上游序列(ATG 5‘端350bp),发现两个序列调解Brg11依赖的报告激活。并且指出，SlADC1/2上游序列中Brg11-EBEs的突变消除了依赖Brg11的报告基因的激活，证明Brg11-EBEs的完整性对依赖Brg11的基因激活至关重要。为了测试SlADC1/2的Brg11依赖性激活是否依赖于相应上游Brg11-EBEs的完整性，文章通过CRISPR-Cas9诱变在两个Brg11-EBEs中产生了可遗传突变。事实上，在SlADC1/2上游缺乏功能性Brg11-EBEs的番茄双突变体中，SlADC1/2依赖Brg11的激活被消除(D1/2-Brg11-EBE)。这表明Brg11激活了SlADC1/2基因的转录，这种激活依赖于SlADC1/2编码序列(CDSs)上游Brg11目标位点的完整性（如图1）。

图1 青枯菌效应体Brg11依赖于Brg11-EBE，转录激活番茄ADC基因

图2 Brg11靶向不同茄属植物宿主的ADC基因

含有茄属植物R. solanacearum菌株GMI1000的Brg11(另一个本地菌株名称:UQRS 442;JS 753)最初是由番茄异源而来，但它会感染很多重要的农作物，如茄子、烟草、土豆和胡椒。因此，文章推测Brg11不仅在番茄中激活ADC基因，而且在许多或可能所有的茄属寄主物种中也激活ADC基因。在硅酸盐研究中，发现的Brg11-EBE序列在所有10个宿主植物基因组的ADC基因上游。然而，在4个寄主种中，Brg11-EBEs与番茄Brg11-EBE具有多态性。然而，启动子-报告基因分析显示，这些多态性不干扰Brg11依赖的激活。紧接着，将Brg11转入三个有代表性的寄主种(Solanum melongena [eggplant]、Nicotiana benthamiana和Nicotiana tabacum)，研究Brg11是否激活了这些嵌入基因组的ADC基因。文章发现这三种宿主都有Brg11依赖的ADC转录积累，这表明Brg11在大多数茄属寄主植物中靶向ADC基因（如图2）。

图3 短5’UTRs的Brg11诱导的ADC转录本比长5’UTRs的本地ADC转录本具有更高的翻译活性

ADC是多胺生物合成中的限速酶。TALE诱导的和天然宿主转录本的5’UTRs长度通常不同,因此，文章提出疑问，brg11诱导的和天然的ADC转录本在结构和功能上是否不同。因此，文章对cDNA进行了5‘端快速扩增(RACE)，以确定存在和不存在Brg11时ADC转录本的5‘端 UTR。结果发现，在番茄、茄子和烟草中，Brg11诱导的ADC转录本的5‘端 UTR始终比相应的本地ADC转录本的5‘端UTR短300 bp。为了明确本地ADC转录本的长5‘端UTR和Brg11诱导的ADC转录本的短5‘端UTR在转录活性上是否存在差异，文章在组成型35S启动子的转录控制下克隆了一个GFP报告基因上游SlADC1/2基因的长5‘端UTR和短5‘端’UTR。此外，T-DNA中还包含了一个组成性表达的DsRED荧光峰，用于GFP报告基因的正常表达。通过农杆菌将这些报告基因构建体导入本生线虫叶片，结果表明，与含有长5‘端UTR的构建体相比，短5‘端’UTR构建体的GFP强度要高2.5- 3.5倍（如图3）。这些结果表明，Brg11诱导的具有短5‘ UTRs的宿主ADC转录本比本地ADC转录本具有更高的翻译活性。

此外，文章中还指出ADC-box在陆地植物物种中是保守的，起着翻译抑制因子的作用，Brg11增加ADC活性和腐胺水平。同时指出Brg11对丁香属植物的生长有抑制作用，但对茄属植物的生长无影响，在番茄根中起一定作用。

该文章告诉我们，ADC-Box在陆地植物中是保守的，可能参与PA水平的反馈控制，ADC和腐胺水平的升高增加了番茄和拟南芥寄主植物对紫丁香的抗性，多胺可作为活性氧产生的代谢物，可能是众多植物相关微生物的靶点。

文章提出：茄科和黄单胞杆菌严谨的提高腐胺水平，而紫丁香分泌的小分子物质可降低腐胺水平或抑制腐胺的免疫抑制作用，对一种或多种微生物有益。因此，推测PA水平可以重新发送一个被植物病原微生物瞄准的中心枢纽，从而努力操纵植物的免疫反应，以实现它们自己的利他利益。（点击话题：植物病原微生物）

原文链接：

file:///C:/Users/ASUS/Desktop/1-s2.0-S1931312819304810-main.pdf

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