New Phytologist | 南京农大张正光教授课题组在稻瘟菌研究中取得最新研究进展

2020年1月10日New Phytologist在线发表了南京农业大学张正光教授课题组题为Auxilin-like protein MoSwa2 promotes effector secretion and virulence as a clathrin uncoating factor in the rice blast fungus Magnaporthe oryzae的研究论文,报道了稻瘟菌中类辅助蛋白MoSwa2作为一种网格蛋白脱壳因子促进效应因子分泌和致病过程。


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生物体中,大分子物质及颗粒性物质不能穿过细胞膜,是以囊泡转运的方式来进行跨细胞膜转运的,即物质在进出细胞的转运过程中都是由膜包裹、形成囊泡、与膜融合或断裂来完成的。在真核生物中,包括植物病原真菌如稻瘟病菌Magnaporthe oryzae,囊泡运输在生长和发育、致病性也是至关重要的。


网格蛋白介导的内吞作用(CME)是内吞过程的方式之一,外源物质通过膜内陷进入网格蛋白包覆的凹坑,并通过网格蛋白包覆的囊泡(CCVs)转运到核内体。然后,CCVs通过囊泡分解完成去膜,而货物传送通过膜融合完成。


分泌过程起始于内质网(ER)、高尔基体,然后质膜(PM)释放货物到细胞外基质。迄今为止,在分泌过程中已经鉴定到大量的囊泡蛋白,其中之一就是外壳蛋白复合物(COPICOPIII)。COPI囊泡促进ER向高尔基体的运输,COP II囊泡从ER中输出新合成的蛋白质。COP II主要包括5个组分,分别是Sar1Sec23Sec24Sec13 Sec31


稻瘟菌在侵染前期,通过两种分泌系统将分泌蛋白分泌到寄主体内。胞质效应子如Pwl2Avr-Piz-tAvr-Pia等,是由t-SNARE MoSso1介导的BIC传递到宿主内;质外体效应子,如Slp1Bas4,被分泌到IH中。


结果如下:


1MoArk1磷酸化调控MoSwa2MoSwa2是正常胞吞所必需的蛋白


MoArk1是一个肌动调控激酶,参与胞吞、侵染菌丝生长和致病性,MoSwa2与酿酒酵母中的Swa2同源,并且和MoArk1互作。酵母中Swa2是一种类辅助蛋白,是胞吞途径中膜运输所需的网格蛋白拆卸因子,因此作者聚焦MoSwa2在膜运输和致病性上的功能研究。


通过分析比较,MoSwa2在多种真菌中保守,并且包含有一个UBA domain,是Ark/Prk激酶保守的磷酸化作用靶标位点。通过Mn2+-Phos-tag SDSPAGE表明MoArk1 磷酸化 MoSwa2MoSwa2敲除后,胞吞作用受阻,这也表明MoSwa2是正常胞吞所必需的蛋白。


2、MoSwa2对致病力和侵染菌丝的生长非常重要


水稻喷雾实验显示MoSwa2敲除后,致病力显著降低。叶鞘注射实验表明,MoSwa2敲除菌株会诱导水稻强烈的防御反应从而抑制侵染菌丝的生长。

             

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Fig. 1 MoSwa2 is subjected to phosphorylation regulation by MoArk1 and is required for normal endocytosis.


3、MoSwa2是清除寄主ROS所必须的蛋白


 DAB染色实验显示,相较于野生型Guy11MoSwa2敲除菌株中ROS积累较多。DPINADPH氧化酶的抑制剂)和CAG(清除过氧化氢)处理后,受限制的菌丝生长均可恢复。这表明,MoSwa2敲除菌株侵染水稻细胞后ROS爆发,抑制了侵染菌丝的生长。


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Fig. 4 MoSwa2 is important for suppressing the production of reactive oxygen species (ROS) in rice cells.


4、MoSwa2参与效应子的分泌


在菌丝、分生孢子和芽管中,MoSwa2定位在类囊泡结构,并且MoSwa2干扰Pia/Avr-Piapizt / avr - pizt的识别过程。MoSwa2是分泌胞质效应因子Avr-Piaavr - pi -t以及胞外效应因子Slp1所必需的。


5、MoSwa2作为COP II介导的分泌所需的脱壳因子


通过与COP II不同组分相互作用检测,MoSwa2MoSec24-2相互作用影响COP II的拆卸。也就是说MoSwa2作为COP II的脱衣因子,并与MoSec24-2一起促进效应子的分泌,从而降低M. oryzae的毒力。


6、MoSwa2调控很多细胞外蛋白分泌


从野生型Guy11中提取胞外液补充到ΔMoswa2侵染的水稻叶鞘中,恢复其致病力,将胞外液进行质谱分析,发现野生型Guy11中很多的蛋白在ΔMoswa2检测不到,MoSwa2调控多种蛋白的分泌,可能参与宿主入侵的初始阶段。


7、MoSwa2调控MoSef1,一种重要的ROS清除EF蛋白


从胞外液中鉴定到一个重要的ROS清除蛋白,MoSef1,敲除后致病力降低,MoSef1可以清除寄主产生的ROSMoSef1MoSwa2MoSec24的帮助下定位于EIHM

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