来源：作物抗病机制
近日，Nature Plants发表了一篇题为“Chloroplast elongation factors break the growth–immunity trade-off by simultaneously promoting yield and defence”的研究论文。本研究发现马铃薯叶绿体延伸因子StTuA和StTuB能同时增强植物的生长和抗病性，被晚疫病菌效应子Pi22926靶向。过表达StTuA/B可提高植物光合作用和产量，而Pi22926通过干扰StTuA/B的功能来抑制植物免疫。这些发现为作物育种提供了打破生长与免疫权衡的新策略。
稳定表达效应子Pi22926的转基因马铃薯植株在生长和晚疫病抗性方面的抑制效果。与野生型（WT）对照相比，OE-Pi22926转基因马铃薯植株的株高降低，叶片出现黄化现象，叶绿素含量、净光合作用（Pn）和块茎产量均减少。此外，OE-Pi22926转基因马铃薯和N. benthamiana植株对P. infestans的抗性显著降低，flg22处理后诱导的活性氧（ROS）产生也显著减少。这些结果表明，Pi22926在植物中的表达抑制了生长和疾病抗性。同时，图1还揭示了Pi22926在细胞质中与StTuA和StTuB的相互作用，这些因子在Pi22926转基因植株中表现出叶绿素含量降低和光合作用下降，暗示了Pi22926可能通过干扰叶绿体功能来发挥作用。图1 Pi22926在马铃薯中稳定表达可抑制植株生长，降低晚疫病抗性实验通过酵母共表达、GFP免疫共沉淀、共聚焦显微镜和荧光互补实验等方法，证实了Pi22926与StTuA和StTuB之间的直接相互作用，并发现StTuA和StTuB主要定位于叶绿体中，而Pi22926则主要在细胞核和细胞质中定位。这些发现揭示了Pi22926可能通过干扰叶绿体功能来抑制植物生长和免疫反应的机制
图2 效应子Pi22926与叶绿体延伸因子StTuA和StTuB在宿主细胞质中的相互作用通过RNA干扰技术在马铃薯中同时沉默StTuA和StTuB，发现其对晚疫病的抗性降低，表现为P. infestans病斑大小和孢子囊数量的显著增加。独立沉默StTuA或StTuB也导致了类似的结果，表明它们在调节抗性中发挥独立作用。而过表达StTuA-GFP或StTuB-GFP的转基因马铃薯和N. benthamiana植株则显示出增强的晚疫病抗性，病斑大小和孢子囊产生显著减少。这些结果证实了StTuA和StTuB在提高植物对晚疫病的抗性中的重要作用。图3 StTuA和StTuB作为晚疫病抗性的正向调节因子的功能研究发现，在OE-StTuA和OE-StTuB转基因马铃薯植株中，flg22诱导的ROS产生显著增加，而在StTuA/B-RNAi植株中ROS产生减少。通过使用DCF荧光探针检测，发现在表达StTuA和StTuB的N. benthamiana叶片中，叶绿体中的ROS信号（黄色荧光）比对照叶片有所增加，表明StTuA和StTuB可能有助于在免疫反应中触发的ROS爆发。此外，OE-StTuA和OE-StTuB转基因N. benthamiana植株在P. infestans接种后48小时，PTI标记基因WRKY8和与ROS爆发相关的基因RBOHD的表达水平显著增加。这些结果揭示了StTuA和StTuB在增强植物免疫反应中的作用，以及它们在调节植物生长和产量方面的潜力。图4 StTuA和StTuB通过激活活性氧（ROS）和病原体相关分子模式触发的免疫（PTI）正向调节植物免疫与对照品种Desiree相比，过表达StTuA和StTuB的转基因马铃薯植株株高、净光合速率（Pn）和叶绿素含量显著增加，而StTuA/B-RNAi植株则降低。此外，过表达植株的叶片中特别是蔗糖的糖含量显著高于对照，且OE-StTuA和OE-StTuB马铃薯植株的块茎产量显著增加，而StTuA/B-RNAi植株则减少。这些结果表明，StTuA和StTuB在光合作用和植物生长中发挥重要作用，其过表达能显著提高马铃薯的块茎产量和植株生物量。图5 StTuA和StTuB过表达对马铃薯植株光合作用、生长和块茎产量的增强作用实验结果表明，当StTuA-GFP和StTuB-GFP与Pi22926共表达时，它们的积累量相比于PiAVR2对照组有所减少，而通过MG132（一种26S蛋白酶体抑制剂）的处理可以恢复StTuA和StTuB的积累量。此外，共表达StTuA/B-GFP-nluc和cluc-RFP-Pi22926时，MG132的存在显著增强了荧光素酶活性，表明Pi22926在促进StTuA/B降解中的作用被MG132抑制。这些发现揭示了Pi22926通过26S蛋白酶体途径影响StTuA和StTuB稳定性的新机制。图6 Pi22926通过26S蛋白酶体途径促进StTuA和StTuB的降解研究发现，StTuB与StMAP3Kβ2的激酶结构域相互作用，并且StMAP3Kβ2通过磷酸化StTuB促进其进入叶绿体。然而，Pi22926能够抑制StMAP3Kβ2的激酶活性，减少StTuB与StMAP3Kβ2的结合以及StTuB的磷酸化，导致StTuB在叶绿体中的积累减少，并在细胞质中通过26S蛋白酶体途径被降解。这些结果揭示了Pi22926通过干扰StTuB和StMAP3Kβ2之间的相互作用和磷酸化过程，抑制StTuB进入叶绿体，从而影响植物的生长发育和免疫反应。图7 Pi22926通过抑制StMAP3Kβ2阻止StTuB进入叶绿体研究提出了一个模型，描述了在正常情况下StTuA和StTuB如何被StMAP3Kβ2磷酸化并转运到叶绿体中，协助叶绿体执行光合作用和向细胞核发出逆行信号等正常功能。感染时，P. infestans分泌效应子Pi22926进入植物细胞质，一方面与StMAP3Kβ2相互作用并将其重新定位到细胞核以抑制免疫反应，另一方面与StTuA/B相互作用，破坏了StTuA/B与StMAP3Kβ2的关联，导致StTuA/B在细胞质中积累并被26S蛋白酶体降解，从而干扰叶绿体功能，降低植物免疫力。而StTuA/B的过表达增加了它们在叶绿体中的积累，增强了叶绿体蛋白质翻译和叶绿体功能，显著提高了光合作用、活性氧产生和逆行信号，进而改善了植物生长和抗病性。这一发现揭示了卵菌效应子如何通过协同劫持两个功能相关蛋白StTuA/B和StMAP3Kβ2来破坏叶绿体功能，抑制宿主免疫的新机制。图8 在P. infestans感染过程中，Pi22926抑制StTuA/B和StMAP3Kβ2的功能以抑制免疫本研究揭示了马铃薯叶绿体延伸因子StTuA和StTuB在同时促进植物产量和防御方面的重要作用。研究发现，这些因子被马铃薯晚疫病菌效应子Pi22926靶向，正向调控植物的免疫反应和生长。表达Pi22926或沉默TuA/B的植物对P. infestans的敏感性增加，光合作用、植物生长和块茎产量降低。相反，StTuA/B的过表达减少了对病原体的敏感性，提高了叶绿体衍生的活性氧（cROS）的产生，并增加了光合作用和马铃薯块茎产量，这是通过提高叶绿体蛋白质表达译实现的。此外，Pi22926还通过干扰StTuB与StMAP3Kβ2的相互作用及其磷酸化，减少StTuB进入叶绿体，导致其在细胞质中通过蛋白酶体途径降解。这些发现不仅揭示了病原体效应子通过破坏关键叶绿体功能来抑制免疫的新机制，而且展示了StTuA/B打破生长-免疫权衡，促进疾病抗性和产量的潜力，为作物育种提供了新的策略。为了不让您最关心的内容被湮没
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