Nature | 水杨酸甲酯介导植物气传性防御机制的解析

  • 102
  • A+

推荐一篇发表在Nature上的文章,文章标题为“Molecular basis of methyl-salicylate mediated plant airborne defence”。本文通讯作者是来自清华大学的刘玉乐教授,其课题组致力于植物免疫方面的研究。本文中,研究者联合蛋白质组学和转录组学等一系列策略,成功揭示了植物气传性防御以及蚜虫-病毒共同进化、共生的机制基础。

1

植物挥发性有机化合物(VOCs)是植物体感知环境刺激,调控新陈代谢变化而产生的参与植物体内和植物间信号转导的重要分子。VOCs从植物中释放后,可作为空中信号,通过与受体进行相互作用,激起植物间的防御作用(AD),实现病虫害的抵御。然而,目前除了乙烯受体之外,其与VOCs传感系统及其机制仍未确定。

本文中,作者通过免疫沉淀-质谱分析策略(IP-MS),成功鉴定了本氏猪笼草中黄瓜花叶病毒(CMV)的病毒发病机制过程中,核心蛋白CMV1a的相互作用蛋白组,并确定NAC2CMV1a的重要相互作用因子,以进行后续实验。NAC2敲除株展现出显著的感染增强的表型,由此证明NAC2对植物抗病毒防御作用来说,是至关重要的。

2

在此基础上,植物在非接触环境中,NAC2敲除株具有比野生型植株更强的蚜虫吸引能力。由此,作者猜测其中可能存在VOCs的作用。因此,他们使用气相色谱(GC-MS),成功鉴定了唯一具有稳定差异性产生的VOCs,水杨酸甲酯(MeSA),并进行了后续实验。结果显示,NAC2敲除之后,MeSA的释放显著降低了。同时,当以蚜虫攻击的植物为发生源时,野生型植物可以不断释放MeSA,以开启防御机制。而NAC2敲除株中,这一能力被显著削弱了。由此证明,NAC2通过MeSA介导并维持气传性防御机制,抵御蚜虫侵害。

此外,根据生物合成之间的分子遗传学联系,研究者意识到,NAC2作为转录因子,可以定位于细胞核中,促进基因的转录与表达。通过NAC2敲除前后的RNA-seq和比较转录组分析,研究者发现,SAMT1RNA水平在NAC2敲除后显著降低了,而NAC2的回补与过表达都能挽救这一表型。这意味着,NAC2促进了SAMT1的转录。同时,对此信号传导机制进行探索,他们发现,MeSA结合蛋白SABP2能够在结合MeSA时,将细胞间的MeSA转化成SA。由此实现信号的发起。随后SA活NAC2-SAMT1模块,以此上调内源MeSA水平,促进NAC2依赖性SAMT1的转录与翻译。

0

最后,结合NAC2CMV1a的相互作用,作者意识到,病原体可以通过挟持NAC2-SAMT1模块,抑制MeSA的产生与释放,进而阻断气传性防御机制的激活,实现对植物体的侵害。

综上,作者通过结合IP-MS蛋白质组学策略与RNA-seq、比较转录组学等分析策略,成功实现水杨酸甲酯MeSA介导的病虫害侵害过程中的植物挥发性有机化合物VOCs信号的机制的研究与解析,揭示了植物气传性防御机制抵御的蚜虫的分子遗传学机制,具有重要意义。

本文作者:KLH
责任编辑:ZJ
文章链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06533-3
原文引用:DOI: 10.1038/s41586-023-06533-3


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: