Nature Plants | 「魔高一尺,道高一丈」,植物防禦根癌農桿菌的分子機制

2021-02-13 PlantReports

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細菌鞭毛是由成千上萬的鞭毛蛋白單體組成的細胞外細絲，是細菌運動的主要細胞器。植物可通過免疫受體FLAGELLIN SENSING 2（FLS2）識別細菌鞭毛蛋白N端保守的22個胺基酸序列（flg22），激活植物的免疫反應。隨著進化，一些細菌成功修飾了鞭毛蛋白從而能逃避FLS2的識別。根癌農桿菌（Agrobacterium tumefaciens）是一類常見的細菌病原體，可在很多作物中引起冠癭病。根癌農桿菌鞭毛蛋白的flg22被高度修飾為flg22Atum，從而逃避植物FLS2的識別，可順利完成侵染，引起冠癭瘤。那麼，植物是否有應對flg22的變異的策略？在植物-細菌之間的這場「軍備競賽」中，是否已經有一些植物物種進化出識別flg22Atum表位的免疫受體，以及這種受體是否可以促進植物對根癌農桿菌的抗性。

 

德國University of Tübingen大學的研究人員在Nature Plants 發表了一項題為Perception of Agrobacterium tumefaciens flagellin by FLS2 XL confers resistance to crown gall disease的研究，在葡萄中發現了可識別flg22Atum的FLS2XL，並分析了其對根癌農桿菌抗性的影響。

該研究通過測試一系列植物物種對根癌農桿菌flg22Atum的響應發現，一種葡萄品種（Vitis riparia）對flg22Atum具有高度敏感性，並推測V. riparia中存在兩個不同的flg22-感知系統，一個系統僅對flg22做出響應，而另一個對flg22和flg22Atum均可以做出響應。該研究進一步通過分析V. vinifera（V. riparia的近緣種，對flg22Atum沒有響應）的基因組序列，發現V. riparia中的VrFLS2和FLS2 XL兩個基因序列。在擬南芥中的異源表達試驗進一步證實了FLS2 XL在識別flg22Atum中的關鍵作用，並且FLS2 XL比VrFLS2及其他FLS2受體蛋白對flg22Atum具有更高的高親和力。

該研究還在菸草中檢測了FLS2 XL對flg22Atum的識別是否會影響對根癌農桿菌的防禦反應。研究發現，用c-FLS2 XL轉化的植株可識別flg22Atum，並產生活性氧，抑制病原體的生長和根癌的形成，表現出對根癌農桿菌的抗性，但是用VrFLS2轉化的植株不能識別flg22Atum，也不能改變植株對農桿菌的抗性。

FLS2 XL renders N. tabacum more resistant to A. tumefaciens.

因此，植物通過 FLS2 XL識別flg22Atum從而提高對根癌農桿菌的抗性。該研究是宿主-病原菌「軍備競賽」中的典範案例，並且為未來作物抗病育種提供了新思路。 

全文轉自BioArt植物公眾號。請點擊左下角「閱讀原文」直查看論文原文。

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