▲患柑橘潰瘍病的果實。
▲患病柑橘的葉片。鄒修平供圖
柑橘潰瘍病是柑橘的重要病害之一，其病原菌是黃單胞桿菌柑橘致病變種Xcc，其與柑橘感病基因CsLOB1發(fā)生作用從而推動病癥發(fā)展。然而，來源于“生長基因”家族的柑橘感病基因如何“變節(jié)”，給柑橘潰瘍病菌“開后門”，從而導(dǎo)致柑橘患病的分子機制有待解析。
近日，《植物雜志》在線發(fā)表了來自西南大學(xué)柑桔研究所的最新成果。他們揭示了柑橘感病基因通過調(diào)控柑橘細(xì)胞壁重構(gòu)和激素信號通路促進(jìn)寄主細(xì)胞增殖，以利于病原菌取食和生長的機制。
“生長基因”導(dǎo)致柑橘染病
柑橘感病基因來源于一個參與植物生長發(fā)育調(diào)控的基因家族。
論文通訊作者、西南大學(xué)柑桔研究所國家柑桔品種改良中心研究員陳善春告訴《中國科學(xué)報》，柑橘感病基因?qū)儆谥参飩?cè)翼器官邊界（LBD）轉(zhuǎn)錄因子家族成員。LBD家族主要參與植物側(cè)生器官的發(fā)育，在植物生長發(fā)育中起關(guān)鍵作用。
然而，此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，來源于生長基因家族的柑橘感病基因卻與柑橘潰瘍病病原菌Xcc的侵染有密切關(guān)系。
“Xcc病原菌侵染會引起寄主細(xì)胞病理性增生、膨大和壞死，這是柑橘潰瘍病在細(xì)胞水平上的典型癥狀。”陳善春說。
陳善春介紹，Xcc通過分泌III型效應(yīng)子調(diào)控柑橘潰瘍病癥狀的發(fā)展。其中，主要致病因子PthA4在上述癥狀發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。而PthA4能夠識別柑橘感病基因CsLOB1的啟動子區(qū)域的EBS序列，激活其轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)侵染部位膿皰形成和潰瘍病癥狀的發(fā)展。
論文通訊作者、西南大學(xué)柑桔研究所國家柑桔品種改良中心副研究員鄒修平告訴《中國科學(xué)報》，柑橘感病基因的突變能增強柑橘潰瘍病抗性。比如，他們利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除柑橘感病基因啟動子上的PthA4結(jié)合位點，即EBS序列。這使得柑橘感病基因突變體的潰瘍病抗性顯著增強。
“作為LBD家族成員的柑橘感病基因在柑橘生長發(fā)育中的功能不甚清楚，其調(diào)控柑橘潰瘍病發(fā)育的分子機制也有待解析。”陳善春說。
為病菌提供“食物”
晚錦橙容易感染柑橘潰瘍病。鄒修平介紹，他們用晚錦橙做了兩組實驗，一組超量表達(dá)柑橘感病基因，一組用RNAi干擾柑橘感病基因。
潰瘍病抗性評價顯示，超量表達(dá)柑橘感病基因顯著增強了轉(zhuǎn)基因植株潰瘍病的感病性；而RNAi干擾柑橘感病基因顯著增強了轉(zhuǎn)基因植株潰瘍病抗性。
經(jīng)過長達(dá)4年的溫室表型觀察，他們發(fā)現(xiàn)，超量表達(dá)柑橘感病基因?qū)е轮仓瓿霈F(xiàn)叢生芽和分枝增多的矮化表型。更重要的是，超量表達(dá)柑橘感病基因的植株重現(xiàn)了柑橘潰瘍病菌侵染引起寄主的膿皰形成和火山樣癥狀的發(fā)展進(jìn)程。
鄒修平說，顯微解剖觀察發(fā)現(xiàn)，上述表型是由細(xì)胞過度增殖引起，特別是海綿組織細(xì)胞的過度增殖。
“柑橘葉片海綿組織是潰瘍病菌寄生和取食的主要部位。這暗示柑橘感病基因促進(jìn)細(xì)胞增殖的機制有利于柑橘潰瘍病菌生長和取食寄主。”鄒修平說，恰恰是因為源自LBD家族的柑橘感病基因具有促進(jìn)細(xì)胞增殖的功能，從而為病菌提供了“食物”，促進(jìn)了病菌的侵染。
得寸進(jìn)尺致寄主細(xì)胞壞死
此外，他們還發(fā)現(xiàn)，柑橘感病基因參與潰瘍病發(fā)展后期，即寄主細(xì)胞的壞死進(jìn)程。而寄主細(xì)胞壞死是病原菌突破寄主表面進(jìn)入新一輪侵染的關(guān)鍵。
原來，柑橘感病基因通過正向調(diào)控細(xì)胞壁重構(gòu)，特別是果膠的去多聚化和延展蛋白的積累、細(xì)胞分裂素代謝和油菜素內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑促進(jìn)細(xì)胞分裂和增殖。
除了柑橘感病基因以外，鄒修平說，他們還發(fā)現(xiàn)柑橘轉(zhuǎn)錄因子CsWRKY22促進(jìn)柑橘易感潰瘍病的機制。這一成果近日在線發(fā)表于《園藝學(xué)研究》。
“柑橘轉(zhuǎn)錄因子CsWRKY22通過調(diào)控寄主細(xì)胞膨大，從而促進(jìn)柑橘易感潰瘍病。”鄒修平說，而且CsWRKY22能直接作用于柑橘感病基因啟動子上的W-box元件，激活其表達(dá)。
陳善春說，這些研究結(jié)果暗示，病原菌PthA4效應(yīng)子與寄主的柑橘感病基因和CsWRKY22三者之間存在一種協(xié)同機制，調(diào)控寄主細(xì)胞增殖、膨大、壞死，以促進(jìn)病原菌的侵染與擴散。李晨
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