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解开植物感染过程中两层细菌基因调控的过程

在《自然植物》杂志上的一项研究揭示了关于病原菌如何在植物感染过程中调节基因表达的新见解,以及植物为保护自身免受细菌入侵者所采取的策略。

通过分析植物宿主病原体感染过程中细菌基因表达的层次,德国科隆马克斯·普朗克植物育种研究所和中国武汉华中农业大学的colleagues田贤一及其同事揭示了对细菌基因的新见解。调节以及植物针对关键细菌过程所采用的策略。

细菌病原体及其植物宿主参与 细菌毒力和植物免疫成分表达变化介导的复杂相互作用。了解这种相互作用对于全面了解细菌如何引起疾病以及植物如何保护自己免受感染至关重要。但是,由于两个主要瓶颈,研究病原菌对植物免疫激活的反应的研究很少而且相差甚远。

解析植物宿主内部细菌反应的一项挑战是分离细菌RNA,该分子将遗传信息从DNA蓝图转移至活性蛋白,从植物的广阔海洋中分离出来。为了克服这个障碍,第一作者Tatsuya Nobori,Yiming Wang及其同事利用他们自己先前建立的从植物叶片中富集细菌RNA的方法。然而,RNA的水平通常不能很好地预测蛋白质的水平,为了解决这个问题,Nobori,Wang及其同事分析了RNA和蛋白质的表达,并将它们相互关联。

为了分析感染期间的细菌基因表达模式,作者使用了特征明确的细菌病原体丁香假单胞菌和模型植物拟南芥。Nobori,Wang及其同事发现,丁香假单胞菌的RNA和蛋白质水平接种到植物中后,与实验室中生长的细菌相比,差异很大,尤其是在植物与细菌相互作用的早期,这表明这些早期模式基因表达的改变对于感染的结果至关重要。

为了确定植物免疫在塑造细菌基因表达中的作用,作者利用了突变体 植物,其中了免疫系统的特定分支,并分析了其表达受到影响的基因类别。该分析表明,由水杨酸激素(SA)控制的植物免疫信号抑制了细菌mRNA和蛋白质,从而促进了发病机理。

作者收集的细菌RNA和蛋白质表达数据使他们能够确定SA途径在细菌感染期间对细菌mRNA和/或蛋白质的影响。他们观察到普遍较高的一致性,这表明SA途径靶向细菌mRNA表达。值得注意的是,他们还发现,SA介导的植物免疫力臂专门针对形成细菌“注射器”尖端的蛋白质,这些细菌被细菌用来将其毒力蛋白传递到宿主细胞内,而植物免疫力的同一分支也高度抑制蛋白质,但不是mRNA表达与细菌运动有关的因素。

Tsuda及其团队产生的大量表达数据也使他们能够解决感染过程中各个细菌基因的调控方式。为此,他们将超过4,500个基因的表达相互关联,并将表现出相似表达模式的那些基因聚在一起。这种方法产生了两个重要的见解:首先,共表达分析使他们能够鉴定出有助于细菌生长的先前未知的细菌基因簇。第二,观察那些高度共表达的基因也包含这些簇的已知转录调节因子,作者可以成功预测以前未知的转录调节因子,并验证它们确实控制了细菌基因的表达。和毒力。

共同第一作者Nobori强调说,作者用于分析植物感染过程中细菌遗传信息流的方法也可能会应用于农作物物种与病原细菌的相互作用:“确定细菌用于建立感染以及植物对策将建议采取干预措施以优化作物育种。”

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