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科学家破解20年“EDS1参与植物免疫”之谜

2011/12/13 来源:科学网
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导读
最新一期的《科学》(Science)杂志上发表了两篇研究论文,分别由来自美国和德国的研究人员领导的两个国际研究小组揭示了EDS1激活植物免疫系统不同元件的机制。

EDS1(enhanced disease susceptibility 1)蛋白最初从拟南芥中鉴别出来,后被证实是植物中广泛抵御病原体感染的一种重要蛋白质。尽管从发现至今已经历了漫漫20多个年头,然而EDS1在分子水平上的作用机制对科学家们来说仍是一个颇为难解之谜。破解这一谜题将有助于大大地增强农作物的抗病能力,解决当今全球面临的“粮食紧缺”的问题。

最新一期的《科学》(Science)杂志上发表了两篇研究论文,分别由来自美国和德国的研究人员领导的两个国际研究小组揭示了EDS1激活植物免疫系统不同元件的机制。“新研究揭示了免疫反应的区域化现象,这是一个非常不寻常的研究发现。”美国弗吉尼亚理工大学农业与生命科学学院植物病理学、生理学及杂草科学系教授John M. McDowell表示。

同期的Science杂志上,McDowell以“Beleaguered Immunity”为题发表了一篇前瞻性文章(Perspective article)对这两项成果进行了详细描述。“这两个研究团队各自独立地证实了关键性的发现,两篇文章相得益彰。”McDowell评价说。

长期以来科学家们都认为EDS1蛋白处于植物免疫系统防御第一线的下游段,主要功能是传递来自上游的信号。McDowell 说:“这两篇文章均证实EDS1在植物细胞中与监控蛋白(surveillance proteins)产生了物理互作,并且EDS1似乎参与激活了来自植物细胞不同区室的不同免疫反应。”

此外,研究还揭示了EDS1蛋白受到来自病原体的效应蛋白(effector proteins)攻击的机制。利用拟南芥(Arabidopsis)作为模式植物,丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)作为模式病原体,研究人员观察到了丁香假单胞杆菌穿越植物细胞壁,分泌效应蛋白靶向EDS1的过程。植物进化形成了一个分子中枢系统(molecular hub),其中就包含了EDS1的监护蛋白。当EDS1遭受袭击时,监控蛋白会迅速报警,激起各种免疫反应以隔离感染。

“这一新研究发现为预测病毒的作用机制提供了重要数据,”McDowell说,“尽管目前对于监控蛋白如何激活抗菌反应还不是很清楚,然而详细了解EDS1与监控蛋白之间的互作将推动科学家们设计出保护EDS1对抗病原体攻击的蛋白,使农作物获得更强的抗病力。”


Pathogen Effectors Target Arabidopsis EDS1 and Alter Its Interactions with Immune Regulators

Saikat Bhattacharjee, Morgan K. Halane, Sang Hee Kim, Walter Gassmann

Plant resistance proteins detect the presence of specific pathogen effectors and initiate effector-triggered immunity. Fewimmune regulators downstream of resistance proteins have been identified, none of which are known virulence targets of effectors.We show that Arabidopsis ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1), a positive regulator of basal resistance and of effector-triggered immunity specificallymediated by Toll–interleukin-1 receptor–nucleotide binding–leucine-rich repeat (TIR-NB-LRR) resistance proteins, forms proteincomplexes with the TIR-NB-LRR disease resistance proteins RPS4 and RPS6 and with the negative immune regulator SRFR1 at acytoplasmic membrane. Further, the cognate bacterial effectors AvrRps4 and HopA1 disrupt these EDS1 complexes. Tight associationof EDS1 with TIR-NB-LRR–mediated immunity may therefore derive mainly from being guarded by TIR-NB-LRR proteins, and activationof this branch of effector-triggered immunity may directly connect to the basal resistance signaling pathway via EDS1.

文献链接http://www.sciencemag.org/content/334/6061/1405.abstract

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