PNAS:植物病原体通过攻击微生物群来逃避免疫系统

【字体: 时间:2021年12月05日 来源:Proceedings of the National Academy of Sciences

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  荷兰和德国的一项研究合作发现了病原真菌如何绕过植物的免疫系统。通过释放“效应”分子,它避免了在其繁殖周期的关键阶段被消除/发表在《美国国家科学院院刊》上

  

一个生物学家团队已经确认,致病真菌大丽花黄萎病,负责许多作物的枯萎病,分泌一种“效应”分子,以目标植物的微生物群系促进感染。的研究团队是由亚历山大?冯?洪堡大学的博士教授巴特Thomma科隆(UoC大学)框架内的集群植物科学卓越(CEPLAS)与迈克尔Seidl博士的团队合作理论生物学和生物信息学的荷兰乌得勒支大学的群体。这项研究“一种古老的抗菌蛋白被一种真菌植物病原体用于操纵植物真菌群落”发表在《美国国家科学院院刊》上。

科学家们日益认识到,一个有机体的微生物群——生活在其内部和表面的细菌和其他微生物的总和——是其健康的一个重要组成部分。对人类和其他动物来说,寄居在肠道和皮肤上的特殊微生物有有益的影响。植物也是如此。此外,已经确定植物可以从其环境中“吸收”有益微生物,例如从根周围的土壤中吸收有益微生物,以帮助它们抵御疾病。

在UoC,与该研究的主要作者尼克·斯奈尔德斯博士一起,托马博士假设,如果植物可以做到这一点,也许一些病原体已经“学会”干扰植物的“求救信号”,扰乱植物的微生物群,以促进入侵。因此,这些病原体除了直接抑制植物宿主的免疫反应外,还可以通过影响植物健康的微生物群间接抑制免疫。

大丽花黄萎病是许多植物的知名病原体,包括温室作物如西红柿和莴苣,但也包括橄榄树、观赏树木和花卉、棉花、土豆等。目前的研究表明,真菌通过分泌抗菌蛋白VdAMP3作为效应因子控制植物的微生物群。

通常,效应分子针对宿主免疫系统的组成部分,导致免疫抑制。作者现在已经表明,这些目标延伸到宿主微生物群的居民:在寄主定植过程中,VdAMP3分子抑制植物微生物群落中的有益生物,导致微生物群落干扰或“失调”,从而使真菌完成其生命周期,产生可以传播并开始新的感染的子代。

“从进化的角度来看,他们分泌的分子非常古老。同源基因也存在于对植物没有致病性的生物体中。”“看起来,在疾病在宿主身上发展的过程中,黄萎病菌‘利用’了这种分子。有趣的是,这种分子并不像广谱抗生素那样针对任何微生物,而是针对那些有能力阻止黄萎病的“竞争对手”真菌。”

最初,研究人员想弄清楚黄萎病菌的武库中是否有具有抗菌活性的“效应”。然后在实验室中测试了不同的候选者抑制测试微生物生长的能力。VdAMP3就是其中一个潜在的候选对象。随后的实验表明,如果没有“效应物”,其他真菌——拮抗剂——可以茁壮成长并抑制黄萎病菌繁殖结构的形成。VdAMP3主要在疾病发展的后期活跃,这时黄萎病菌需要产生这些新的生殖结构来开始感染新宿主。然而,这并不是科学家们发现的第一个这样的分子:一年前,他们发现了一种分子,它对竞争真菌(如VdAMP3)不起作用,但对细菌竞争对手起作用。

“总之,这些发现表明,在疾病过程的不同阶段,病原体使用不同的分子来操纵宿主的健康微生物群,从而导致疾病。”这表明,如果我们想要了解疾病,就必须超越病原体和宿主之间的“二元相互作用”。“相反,我们必须把宿主的整个微生物群也考虑在内,把宿主看作一个‘全生物’——由宿主和所有生活在其上的生物组成的生态单元,”托马补充道。

从长远来看,更好地理解这些机制将有助于开发更有弹性的植物和更好的作物保护策略。面对日益增长的世界人口,有限的农田,以及减少环境影响和污染的需要,植物科学家的主要目标之一是增加田间作物的产量,同时尽量减少我们对环境的生态足迹。Snelders说:“更多地了解这些帮助致病真菌感染作物的效应分子可能会带来新的方法来抵御它们。”

在未来的研究中,作者的目标是从黄萎病和其他具有其他感染策略的病原体中找到具有选择性抗菌活性的进一步效应蛋白。Snelders总结道:“解开这些分子是如何工作的,以及它们如何在抑制一种微生物的同时不影响另一种微生物,对于发现针对微生物的新机制很重要,这甚至可能最终导致新的抗生素的开发。”

文章标题

An ancient antimicrobial protein co-opted by a fungal plant pathogen for in planta mycobiome manipulation



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