Nature:柴繼傑實驗室發表AvrPto-Pto晶體結構研究文章

2020-12-17 生物谷

生物谷報導：2007年8月12日，我所柴繼傑實驗室在

Nature

雜誌上在線發表題為  「The  structural  basis  for  activation  of  plant  immunity  by  bacterial  effector  protein  AvrPto」  的文章。該文章報導了第一個細菌效應蛋白和植物中對應的抗性蛋白的複合物AvrPto-Pto的晶體結構，基於該結構和相關實驗結果，提出了AvrPto通過解除Pto對防禦響應的抑制引發疾病抗性的機制。

植物的抗性蛋白精確識別病原菌中的效應蛋白,對引發植物防禦響應非常重要。利用蛋白質晶體學、生物化學和遺傳學的方法，研究了番茄中的抗性蛋白-蛋白激酶Pto與丁香假單胞桿菌中的效應蛋白AvrPto的複合物，從分子水平上揭示了細菌效應蛋白AvrPto激活植物免疫系統的結構基礎。該研究對深入探討植物如何識別病原菌的效應蛋白啟動防禦反應、限制病原菌繁殖的複雜抗病機制有重要的意義。

運用克隆、表達和純化技術製備了AvrPto-Pto複合物，並首次生長出合適的晶體，然後用MAD方法測定了其晶體結構。該複合物的晶體結構揭示了AvrPto  與Pto  相互作用通過兩個界面調節。遺傳學與生物化學實驗表明AvrPto通過解除Pto  對防禦的抑制作用而引起抗病反應。生化實驗研究結果顯示AvrPto的活性loop  的磷酸化對Pto識別AvrPto  具有非常重要的調節作用。結構比對表明AvrPto  作為Pto  的假底物與Pto  結合，AvrPto可能是Pto  激酶的抑制劑。生化實驗進一步證明：在體外，AvrPto  的確可以抑制Pto  的激酶活性，提示AvrPto  在易感的植物內通過抑制蛋白激酶的活性發揮其毒性功能，而Pto  可能進化來模擬AvrPto  的毒性目標從而阻斷其毒性功能。

博士生邢維滿為本論文的第一作者，論文的其他作者還有鄒豔、劉佳凝、陳涉、羅熙、周儉民博士，康奈爾大學的劉群博士、黃清秋、郝權博士，生物物理所的畢汝昌研究員、遺傳所的朱立煌研究員、清華大學的吳嘉煒博士。柴繼傑博士為本文通訊作者。此項研究為科技部863和北京市科委資助課題，在北京生命科學研究所完成。（北京生命科學研究所）

原始出處:

Nature advance online publication 12 August 2007 | doi:10.1038/nature06109; Received 5 July 2007; Accepted 24 July 2007; Published online 12 August 2007

The structural basis for activation of plant immunity by bacterial effector protein AvrPto

Weiman Xing1,2, Yan Zou1,3,6, Qun Liu4,6, Jianing Liu1, Xi Luo1, Qingqiu Huang3, She Chen1, Lihuang Zhu3, Ruchang Bi2, Quan Hao4, Jia-Wei Wu5, Jian-Min Zhou1 & Jijie Chai1

  1. National Institute of Biological Sciences, No. 7 Science Park Road, Beijing 102206, China
  2. Institute of Biophysics,
  3. Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
  4. Cornell High-Energy Synchrotron Source, Cornell University, Ithaca, New York 14853, USA
  5. Department of Biological Sciences and Biotechnology, Tsinghua University, 100084, Beijing, China
  6. These authors contributed equally to this work.

Correspondence to: Jijie Chai1 Correspondence and requests for materials should be addressed to J.C. (Email: chaijijie@nibs.ac.cn).

Pathogenic microbes use effectors to enhance susceptibility in host plants. However, plants have evolved a sophisticated immune system to detect these effectors using cognate disease resistance proteins1, a recognition that is highly specific, often elicits rapid and localized cell death, known as a hypersensitive response, and thus potentially limits pathogen growth2, 3, 4, 5. Despite numerous genetic and biochemical studies on the interactions between pathogen effector proteins and plant resistance proteins, the structural bases for such interactions remain elusive. The direct interaction between the tomato protein kinase Pto and the Pseudomonas syringae effector protein AvrPto is known to trigger disease resistance and programmed cell death6, 7 through the nucleotide-binding site/leucine-rich repeat (NBS-LRR) class of disease resistance protein Prf8. Here we present the crystal structure of an AvrPto–Pto complex. Contrary to the widely held hypothesis that AvrPto activates Pto kinase activity, our structural and biochemical analyses demonstrated that AvrPto is an inhibitor of Pto kinase in vitro. The AvrPto–Pto interaction is mediated by the phosphorylation-stabilized P+1 loop and a second loop in Pto, both of which negatively regulate the Prf-mediated defences in the absence of AvrPto in tomato plants. Together, our results show that AvrPto derepresses host defences by interacting with the two defence-inhibition loops of Pto.

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