在农业生产中,病原菌侵染(如疫霉菌)和盐胁迫等逆境严重制约作物产量,开发绿色高效的抗逆技术是农业领域的重要需求。印度梨形孢(Serendipita indica)作为一种有益根内生真菌,能与多种植物建立共生关系,显著提升宿主对生物和非生物胁迫的耐受性,但其介导植物抗逆的具体分子机制长期未被明确。
已知真菌通过分泌效应子(小型分泌蛋白)与植物蛋白相互作用调控宿主生理过程,而植物系统性抗性的激活依赖水杨酸信号通路,核心调控因子 NPR1 需从无活性寡聚体解聚为单体才能发挥作用。硫氧还蛋白类蛋白可通过氧化还原活性参与 NPR1 单体化,但真菌效应子是否通过调控这类蛋白实现抗逆增强,尚未有明确的机制解析。此外,硫氧还蛋白类蛋白 CDSP32 已被证实参与植物非宿主抗性和耐热性调控,但它在真菌介导的抗逆过程中是否发挥作用、如何发挥作用,仍缺乏关键研究证据。
该研究揭示了印度梨形孢效应子 SIE141 调控植物双重抗逆的分子机制:SIE141 通过特异性结合植物中保守的硫氧还蛋白类蛋白 CDSP32,干扰其叶绿体定位信号(CTP)功能,促使 CDSP32 从原本的叶绿体靶向定位重新定位于细胞核。这一核定位过程是 SIE141 与 CDSP32 稳定相互作用并发挥抗逆功能的关键。
同时,SIE141 能显著增强 CDSP32 的氧化还原酶活性,使其能够高效介导系统性抗性关键调控因子 NPR1 的解聚与激活,进而启动植物对疫霉菌等病原菌的防御反应。此外,SIE141 还能提升植物耐盐性 —— 这一功能部分依赖 CDSP32 参与的氧化还原平衡调控,部分通过 SIE141 调控激素信号网络等其他途径实现。
该研究首次阐明了真菌效应子通过重定位植物叶绿体蛋白至细胞核,同步激活生物与非生物胁迫抗性的全新路径,证实 CDSP32 可作为抗逆育种的重要候选基因,为开发新型生物制剂、推动可持续农业发展提供了重要理论支撑和应用方向。
文章中,研究团队利用LCI验证共生真菌效应子 SIE141 与植物硫氧还蛋白类蛋白 CDSP32 之间是否存在相互作用时,采用了广州博鹭腾 PlantView 植物活体成像系统进行成像。
论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.05.064
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