内生炭疽菌RALF-like效应蛋白的鉴定及其功能的初步研究

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自然环境下生长的植物受到多种微生物的影响,而内生菌作为一种有益菌,在为植物提供营养元素的同时也能从植物获取营养促进自身生长,并且不会引起植物明显的病害症状。内生菌在农业上的作用广泛,可以促进作物的生长发育。在定植的过程中,内生菌分泌的效应蛋白影响植物免疫响应以达到共生建立的目的。效应蛋白从靶向结合植物表面类受体激酶(receptor-like kinase,RLK)、调控转录表达等方面抑制植物免疫促进菌丝共生的建立。鉴定新的内生菌效应蛋白有利于深入研究共生关系建立机制。在多种微生物中鉴定到的快速碱化因子(rapid alkalization factor,RALF)类似物为我们研究内生菌效应蛋白奠定了理论基础。在本研究中,我们通过生物信息学鉴定到内生炭疽菌RALF-like蛋白,并对其进行了分析:(1)使用植物RALF典型的序列基序如YISY基序和RGC(5N)C基序在炭疽菌属中搜索到一条同源蛋白序列,并命名为Ct RALF,克隆并体外表达Ct RALF蛋白。外源添加Ct RALF可以抑制拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型Col-0的根长、促进胞外碱化,且抑制根长这一功能依赖于植物RALF受体FERONIA(FER)。这表明内生炭疽菌会分泌RALF-like效应蛋白,并具有植物RALF蛋白的典型生物活性特征。(2)构建FER胞外结构域(extracellular domain,ECD)的原核表达载体,通过蛋白质免疫共沉淀(Co-immunoprecipitation,CO-IP)、GST pull-down实验、竞争性结合实验等技术验证了Ct RALF与FER胞外结构域的相互作用关系。结果显示,与植物RALF一样,Ct RALF可以直接与FER相互作用。(3)通过实时定量实验分析,菌丝在侵染植物过程中可以表达Ct RALF,结合免疫印迹(Western Blot)技术分析Ct RALF对植物免疫信号的影响。结果显示,外源添加Ct RALF可以抑制植物活性氧(reactive oxygen species,ROS)积累、诱导短时间内的钙信号(Ca2+)迸发,但其影响程度比植物RALF轻;Ct RALF可以通过FER磷酸化丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)并降低茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径中调节蛋白MYC2的稳定性。(3)以拟南芥野生型Col-0/C24和FER缺失突变体fer-4/srn为植物材料,通过菌丝侵染实验验证Ct RALF对菌丝定植的影响。不添加Ct RALF时,Col-0/C24根部附着的菌丝比fer-4/srn根部附着的菌丝多;外源添加Ct RALF后,Col-0根部附着的菌丝增多,fer-4根部附着的菌丝定植率没有明显变化。这说明Ct RALF通过FER通路促进菌丝的定植。综上所述,本研究发现内生炭疽菌可以分泌RALF-like蛋白Ct RALF,Ct RALF具有植物RALF典型活性,并通过RALF-FER信号通路影响植物免疫信号促进内生菌菌丝定植。
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