PNAS：病原菌操纵小麦ABA的生物合成，促进侵染！

来源：BioArt植物

植物与病原菌互作过程中，多种激素参与其中，聪明的病菌会通过调控寄主的生物学过程促进侵染【1,2】。黄单胞属的病菌大多含有TALEs（Transcription activator-like effectors）的效应因子，该类效应因子通过三型分泌系统转运到宿主细胞中。TAL 效应因子在细胞核内通过与感病基因的启动子区域互作，调控其表达模式，促进病原菌的侵染，例如，水稻白叶枯病菌Xoo 可以利用TALEs 结合在感病基因SWEETs的启动子区域，诱导其表达，促进糖转运至细胞间隙，使得病菌可以依靠这些养分进一步侵染【3】。 小麦细菌条斑病的病原菌Xtu（Xanthomonas translucens pv. undulosa ）基因组中通常含有7-8个 TAL 蛋白【4】，然而该病菌利用TAL促进侵染的机制还不清楚。

近日，佛罗里达大学植物病理学家Frank F. White团队在 PNAS上发表一篇题为Xanthomonas translucens commandeers the rate-limiting step in ABA biosynthesis for disease susceptibility 的研究论文，揭示了小麦细菌条斑病菌Xtu利用三型效应因子Tal8诱导小麦9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（TaNCED-5BS）基因的表达, 促进ABA生物合成，从而促进感病的致病机制。

该研究首先对Xtu菌株XT4699的8个TALEs 进行突变和功能回补，发现Tal8 与致病性相关。运用RNA-seq数据选取被Tal8诱导的候选小麦基因，结合TALEs EBE（effector binding element） 靶点预测，发现TaNCED 和TaERF 可能是Tal8的靶标，并且不同组染色体中由于核苷酸多态性，EBE预测被识别情况存在差异， 研究人员将Tal8转化进入低毒力Xtu菌株LW16中，发现可以增强LW16的毒力并且可以诱导TaNCED和TaERF的表达； 进一步根据预测的EBE序列设计dTALes （designer TAL effectors），发现dTALes 均可以诱导相应靶蛋白的表达，且不影响其他基因，然而只有识别TaNCED的dTALes可以引起致病表型，说明Tal8通过诱导TaNCED而不是TaERF的表达促进了病菌的侵染。

NCED是ABA合成通路的限速步骤。ABA含量测定发现，TaNCED被诱导的表达水平与高ABA水平相统一。ABA可通过关闭气孔，减少水分散失，改变水分状态，从而影响宿主的感病性。表达Tal8或是外施ABA均可增强低毒力菌株的侵染性，说明Tal8通过促进ABA的合成发挥作用。

病害发生过程中ABA与SA属于拮抗关系，研究发现，SA水平与TaNCED的诱导没有明显的对应关系，而Tal8与SA信号通路核心成员TaNPR1的表达负相关，TaNPR1表达受到抑制与TaNCED的表达被诱导一致，外施ABA同样可以抑制TaNPR1的表达，说明Tal8参与了TaNPR1的抑制，并且与SA水平无关。

Leaves inoculated with bacterial strains with and without tal8 at 7 d postinfection (DPI). XT4699, WT Xtu; M6(ev), tal8-deficient M6 strain harboring the empty vector pHM1; M6(tal8), M6 strain carrying tal8 in pHM1.

综上所述，该研究揭示了小麦细菌条斑病菌利用TAL类三型分泌效应因子Tal8激活宿主TaNECD基因的表达，促进ABA的生物合成，改变宿主水分状态，同时抑制防卫相关基因的表达，从而促进侵染。该研究揭示了TAL类效应蛋白的新型致病分子机制，为小麦细菌条斑病的致病机理和预防措施提供了理论基础。

参考文献

【1】K. Kazan, R. Lyons, Intervention of phytohormone pathways by pathogen effectors. Plant Cell 26, 2285–2309 (2014)

【2】A. Robert-Seilaniantz, M. Grant, J. D. Jones, Hormone crosstalk in plant disease and defense: More than just jasmonate-salicylate antagonism. Annu. Rev. Phytopathol.49, 317–343 (2011).

【3】M. Bezrutczyk et al., Sugar flux and signaling in plant-microbe interactions. Plant J. 93, 675–685 (2018).

【4】Z. Peng et al., Long read and single molecule DNA sequencing simplifies genome assembly and TAL effector gene analysis of Xanthomonas translucens. BMC Genomics 17, 21 (2016).

原文链接：

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1911660116