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西南大学柑桔研究所陈善春研究团队揭示柑橘溃疡病感病基因CsLOB1调控寄主感病的分子机制
发布时间:2021-03-25 17:26:41加入收藏打印

柑橘溃疡病是柑橘的重要病害之一,其病原菌是黄单胞杆菌柑橘致病变种Xanthomonas citri subsp. Citri(Xcc)。病原菌侵染引起的寄主细胞病理性增生(Hyperplasia)和膨大(Hypertrophy)、坏死(Necrosis)是柑橘溃疡病在细胞水平上的典型症状。Xcc通过分泌III型效应子调控柑橘溃疡病症状的发展,其中,主要致病因子PthA4在上述症状发展中起着关键作用。PthA4通过特异性密码识别柑橘感病基因CsLOB1启动子区域的EBS序列,激活其转录,从而促进侵染部位脓疱形成和溃疡病症状的发展(Hu et al. 2014)。CsLOB1突变能增强柑橘溃疡病抗性,比如,本研究团队利于CRISPR/Cas9技术敲除CsLOB1启动子上PthA4结合位点EBS序列,赋予了突变体显著增强的溃疡病抗性(Peng et al. 2017)。CsLOB1属于植物侧翼器官边界(Lateral Organ Boundaries Domain,LBD)转录因子家族成员。LBD家族主要参与植物侧生器官的发育,在植物生长发育中起关键作用。然而,CsLOB1在柑橘生长发育中的功能不甚清楚,其调控柑橘溃疡病发育的分子机制有待解析。

2021年3月23日,植物科学权威期刊The Plant Journal在线发表了来自西南大学柑桔研究所陈善春团队题为“CsLOB1 regulates susceptibility to citrus canker through promoting cell proliferation in citrus”的研究论文。论文揭示了CsLOB1通过调控柑橘细胞壁重构和激素信号通路促进寄主细胞增殖,以利于病原菌取食和生长的机制。

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在本研究中,作者首先在易感溃疡病晚锦橙中分别超量表达和RNAi干扰CsLOB1。溃疡病抗性评价显示,超量表达CsLOB1显著增强转基因植株溃疡病的感病性,而RNAi干扰CsLOB1显著增强转基因植株溃疡病抗性。长达4年的温室表型观察发现,超量表达CsLOB1导致植株出现丛生芽和分支增多的矮化表型,最重要的是,超量表达CsLOB1转基因植株重现了柑橘溃疡病菌侵染引起寄主的脓疱形成和火山样症状的发展进程。显微解剖观察发现,上述表型是由细胞过度增殖引起,特别是海绵组织细胞的过度增殖。柑橘叶片海绵组织是溃疡病菌寄生和取食的主要部位(Swarup et al.1991),暗示CsLOB1促进细胞增殖的机制有利于柑橘溃疡病菌生长和取食寄主。另外,本研究还显示,CsLOB1参与溃疡病发展后期寄主细胞的坏死(Necrosis)进程,而寄主细胞坏死是病原菌突破寄主表面进入新一轮侵染的关键。进一步,RNA-seq、ChIP-seq和生理生化分析表明,CsLOB1通过正向调控细胞壁重构(特别是果胶的去多聚化和延展蛋白的积累)、细胞分裂素代谢和油菜素内酯信号转导促进细胞分裂和增殖。

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同月,本研究团队在Horticulture Research杂志在线发表了题为“Transcription factor WRKY22of sweet orange (Citrus sinensis Osbeck) regulates canker susceptibilityby enhancing cell enlargement and CsLOB1 expression”的研究论文,该研究揭示了柑橘转录因子CsWRKY22通过调控寄主细胞膨大促进柑橘易感溃疡病的机制。而且CsWRKY22能直接作用于CsLOB1启动子上的W-box元件,激活CsLOB1的表达。(点击查看详情:Horticulture Res | 西南大学柑桔研究所陈善春研究团队在柑橘应答溃疡病危害的分子机制研究方面取得新进展!)


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两篇文章研究结果暗示病原菌PthA4效应子与寄主CsLOB1和CsWRKY22三者之间存在一种协同机制来调控寄主细胞增殖、膨大、坏死,以促进病原菌的侵染与扩散。 

西南大学柑桔研究所国家柑桔品种改良中心邹修平副研究员为第一作者,陈善春研究员和邹修平副研究员为通讯作者,许兰珍老师、龙琴博士、彭爱红老师、何永睿副研究员以及研究生杜美霞、刘语诺、吴柳、巴西能源与材料研究中心Maxuel Andrade 博士参与部分工作。本研究主要由国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系建设专项资金等项目资助。

参考文献:

Hu Y, Zhang JL, Jia HG, Sosso D, Li T,Frommer WB, Yang B, White FF, Wang NA, Jones JB (2014) Lateral organ boundaries 1 is a disease susceptibility gene for citrus bacterial canker disease. Proc Natl Acad Sci USA 111 (4):E521-E529. doi:DOI 10.1073/pnas.1313271111

Peng AH, ChenSC, Lei TG, Xu LZ, He YR, Wu L, Yao LX, Zou XP (2017) Engineering canker-resistant plants through CRISPR/Cas9-targeted editing of the susceptibility gene CsLOB1 promoterin citrus. Plant Biotechnol J 15:1509–1519. doi:10.1111/pbi.12733

Swarup S,Feyter RD, Brlansky RH, Gabriel DW (1991) A pathogenicity locus from Xanthomonas citrienables strains from several pathovars of X. campestris to elicit canker like lesions on citrus. Phytopathology 81 (7):256-257

文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15217

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