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Cell Report|山东大学丁兆军课题组揭示生长素与SA信号通路拮抗作用调控拟南芥侧根细菌侵染

浏览:52 发表时间:2020-10-13 10:29:29

植物病原菌利用各种复杂的策略入侵寄主,然后从寄主那里获取营养和水分以促进其生长。植物表面(如气孔),为病原体提供了进入的场所。据报道,气孔作为植物天然免疫系统的一部分,在限制细菌入侵方面起着重要作用。另一方面,病原体进化出抑制宿主防御能力的策略。

 

除了将植物锚定在土壤中,植物根系对吸收水分和养分非常重要,因此在植物生长和发育中起着基础性的作用。植物根际土壤中微生物密集分布,包括真菌、细菌和线虫。据报道,拟南芥免疫受体激酶FLS2主要表达在从根分化区和外生侧根开始的中柱中,鞭毛蛋白22(flg22)也可以触发模式触发免疫反应,说明根是植物天然免疫系统的重要组成部分。

 

2020年8月25日,山东大学丁兆军教授团队在Cell子刊CellReports在线发表了一篇题为Antagonistic Interaction between Auxin and SA Signaling PathwaysRegulates Bacterial Infection through LateralRoot in Arabidopsis的研究论文,该研究揭示了生长素和水杨酸信号互作调控侧根发育进而调控PtoDC3000通过侧根入侵的分子机制。


 

LRs从中柱周期出现并突破外层组织层,包括内皮层、皮层和表皮细胞层。为了探讨植物病原菌诱导的LRs是否可以作为细菌的进入位点,利用GFP标记的Pto-DC3000来监测病原菌在离体培养根中的运动。培养24小时后,许多Pto DC3000选择性地向LR移动,即使在侧根原基(LR primordia, LRP)的VI阶段。相反,我们没有观察到这种细菌在根表皮的其他部位移动。这些结果表明细菌在LRs周围聚集并可能进入LRs。

 

1: LR是细菌进入根部的部位

 

生长素抑制SA介导的DPR1表达的诱导,而ARF7介导的生长素信号在LR发育中起关键作用。因此,我们接下来通过qRT-PCR检测了PR1和PR2在arf7突变体和p35S:arf7-Myc转基因株中的表达水平。这些结果表明,在arf7中PR1和PR2转录水平都高度上调,而p35S:arf7 Myc系显示PR1和PR2表达下调。这些数据表明,ARF7介导的生长素信号负调控PR1和PR2的转录。

 

2:qRT-PCR分析Col、arf7突变体和p35S:arf7中PR1(A)和PR2(B)基因的表达


实验表明病原菌诱导LR形成,这一过程涉及IAA14-ARF7/19-LBD16/18介导的生长素信号传导,以完成感染。COR被报道足以抑制拟南芥的气孔防御,COR的功能是抑制SA依赖的防御。数据显示,在COR缺陷突变体中诱导的LR比WT对照少得多,这表明COR和SA在LR形成中存在拮抗串扰。另一方面,植物防御激素SA通过上调SA应答基因PR1和pr2,阻断植物生长素信号系统,抑制根内细菌侵染,从而抑制LR的形成。ARF7介导的生长素信号与SA信号拮抗,通过调节LR的发育有利于细菌感染。病原菌侵染过程中SA和生长素之间的相互作用调节了免疫应答和植物生长之间的平衡。

参考文献

【1】An C.Mou Z.Salicylic acid and its function in plantimmunity.J.Integr.Plant Biol.2011;53:412-428

【2】Armengot L.Marquès-BuenoM.M.Soria-Garcia A.Müller M.Munné-Bosch S.Martínez M.C.Functional interplaybetween protein kinase CK2 and salicylic acid sustains PIN transcriptionalexpression and root development.Plant J.2014;78:411-423

【3】BaiY.Müller D.B.Srinivas G.Garrido-Oter R.Potthoff E.Rott M.Dombrowski N.MünchP.C.Spaepen S.Remus-Emsermann M.et al.Functional overlap of the Arabidopsisleaf and root microbiota.Nature.2015;528:364-369

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108060



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