Nature Communications | 真菌如何“说服”植物合作？研究揭示共生丛枝菌根真菌效应蛋白在植物中的调控作用
学术
2024-09-01 16:29
法国
在自然界中，植物会参与多种微生物相互作用，这些作用最终决定了植物的健康和生产力。在这些联合中，植物和微生物都会尽其所能来控制这种相互作用，包括向对方传递肽、蛋白质和小RNA以操控它们的细胞程序。这些效应分子是微生物与其宿主植物之间相互作用的关键组成部分。效应分子使微生物能够逃避植物细胞的监控系统，抑制防御反应和操控植物代谢。尽管已表征的大多数效应分子属于致病微生物，但越来越多的证据表明，有益的关联同样依赖于效应分子的传递以塑造互惠共生关系。丛枝菌根（AM）共生，涉及来自Glomeromycotina亚门的真菌，是最广泛分布的植物-真菌共生。这些专性共生和寄生的真菌通过树状结构，称为丛枝的小体，在皮层细胞中与植物交换固定的碳，主要为植物提供磷等必需的矿物质养分。这种复杂的共生关系需要植物与真菌之间进行广泛的信号交流，并且我们预测效应分子在这种通信中可能扮演中心角色。随着不同AM真菌物种基因组测序数据的日益增加以及预测工具的发展，已经揭示了许多潜在的效应蛋白的存在。然而，只有少数被功能表征并证明在共生中发挥作用。微生物效应分子在植物体内有广泛的最终定位范围，从胞外空间到不同的细胞内区室，包括细胞核。这使得效应分子能够找到它们的特异性靶标并调控多个细胞过程。已经证明，核效应分子可以通过与核蛋白、DNA或RNA的相互作用来调节激素途径、宿主代谢或免疫反应。有趣的是，在Rhizophagus irregularis真菌中表征的五个效应分子中，有三个位于细胞核中。这可能反映了该真菌中预测的大量核效应分子的存在，正如对R. irregularis在共生期间分泌组的分析所示，大约300个潜在效应分子中几乎有三分之一具有预测的核定位信号（NLS）。这指出了细胞核作为丛枝菌根共生效应分子的关键靶点。这种情况并不罕见，例如，目前少数已被表征的根瘤菌效应分子中，ErnA和Bel2-5也被发现定位于植物细胞核，并显示促进结瘤作用。此外，许多植物病原体的效应分子也将细胞核作为它们的作用场所。![]()
2024年8月，国际权威学术期刊Nature Communications发表了德国卡尔斯鲁厄理工学院Natalia Requena团队的最新相关研究成果，题为Alternative splicing regulation in plants by SP7-like effectors from symbiotic arbuscular mycorrhizal fungi的研究论文。
在这篇文章中，仅存在于Glomeromycotina门的SP7效应蛋白家族会影响其宿主的可变剪接程序。SP7类效应蛋白定位于核凝聚物并与其相互作用，特别是与剪接因子SR45以及核心剪接蛋白U1-70K和U2AF35相互作用。在作物马铃薯及拟南芥中异位表达这些效应蛋白诱导了发育变化，这与特定基因集的可变剪接调节平行发生。科研人员认为SP7类蛋白作为SR45的负调控因子来调节含丛枝菌根细胞中特定mRNA的命运。揭示共生真菌与其宿主植物之间的通讯机制将有助于识别改善植物营养的靶标。![]()
SP7 效应蛋白家族在植物中的作用模式模型
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