Phytopathol Res | 水稻核输入载体帮助细菌效应子进入植物细胞核

原文链接：
https://doi.org/10.1186/s42483-022-00149-7

植物病原菌中的革兰氏阴性细菌通过III型分泌系统分泌多种致病因子，即效应子。水稻白叶枯病菌 (Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo) 和水稻细菌性条斑病菌 (Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc) 在侵染水稻 (Oryza sativa) 时可产生两类III型效应子，即类似于转录激活子的效应子 (Transcription-activator-like effectors, TALEs) 和黄单胞菌外泌型蛋白质 (Xanthomonas outer proteins, Xops)，分别参与长距离转运和短距离转运。Xops和TALEs须分别转入植物细胞质和细胞核才能发挥病理功能，诱导感病水稻品种发病及抗病品种产生防卫反应。细菌和植物分别有哪些因子参与细菌III型效应子转运及如何发挥作用？长距离转运的效应子如何进入植物细胞？由于细菌没有核输入载体，植物核输入载体是否帮助细菌TALEs进入植物细胞核？

Phytopathology Research 今日在线发表了南京农业大学和山东农业大学植物病理学团队合作完成的题为“Editing of the rice importin gene IMPα1b results in sequestration of TAL effectors from plant cell nuclei”的文章。该研究发现，分别来自Xoo菌株PXO99A和Xoc菌株GD41名为PthXo1和TALI的TAL效应子从菌体转入水稻细胞质以后，须立即进入水稻细胞核才能发挥致病作用；而PthXo1和TALI向水稻细胞核的转运，则是通过水稻核输入载体OsIMPα1b完成，进而引发水稻白叶枯病和水稻条斑病 (Fig. 1)。研究结果显示，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得的OsIMPα1b功能障碍突变体表现出水稻生长发育受损，并严重阻碍病原菌的PthXo1和TALI向水稻细胞核的转运。在野生型水稻上，PthXo1顺利进入细胞核并激活水稻感病基因OsSWEET11的表达，使水稻发生白叶枯病。而在OsIMPα1b功能障碍突变体上，PthXo1的核输入与OsSWEET11的表达均受到抑制，水稻白叶枯病严重度降低。与之类似，在野生型水稻上，TALI顺利进入细胞核并抑制水稻抗病防卫反应，包括抑制抗病性调控基因 (MPK3、MPK6) 和防卫反应基因 (PR1a、PR5、PR10、NHL10、PHI1-1、WRKY70、GSL12) 的表达，使水稻表现感病。相反，在OsIMPα1b功能障碍突变体上，TALI的核输入受到抑制，水稻防卫反应正常激活，水稻条斑病减弱 (Fig. 2)。

Fig. 1 Protoplast fluorescence images and Immunoblotting analyses showing differences in subcellular localization of the TALEs between the WT (Nipponbare) and OsIMPα1b-ED#6 plants

Fig. 2 Effects of TALI translocation into the nuclei of rice cells on the expression of genes involved in the rice defense response and Xoc virulence

南京农业大学植物保护学院博士研究生彭金凤为本文的第一作者，南京农业大学植物保护学院宋从凤教授和山东农业大学植物保护学院董汉松教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（31772247，32072399和32170202）及山东省自然科学基金（ZR2020MC113，ZR2020MC120和ZR2020QC126）的资助。

Cite this article:

Peng, J., Nie, J., Chen, X. et al. Editing of the rice importin gene IMPα1b results in sequestration of TAL effectors from plant cell nuclei. Phytopathol Res. 2022; 4: 44. https://doi.org/10.1186/s42483-022-00149-7

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https://doi.org/10.1186/s42483-022-00149-7