上海交大何亞文團隊在植物病原黃單胞菌致病機制領域取得重要進展
近日，中國植物病理學會與中國農(nóng)業(yè)大學聯(lián)合出版的英文國際期刊Phytopathology Research在線發(fā)表了上海交通大學生命科學技術學院何亞文教授團隊的研究文章“黃單胞菌利用hca基因簇降解和利用宿主酚酸，增強致病力”(The phytopathogen?Xanthomonas?campestris scavenges hydroxycinnamic acids in planta via the?hca?cluster to increase virulence on its host plant)。此前，該項研究的姊妹篇文章“黃單胞菌利用反向轉錄的pobA/pobR位點感應和啟動4-羥基苯甲酸降解，促進致病”(The phytopathogen?Xanthomonas campestris?utilizes the divergently transcribed?pobA/pobR?locus for 4-hydroxybenzoic acid recognition and degradation to promote virulence)已經(jīng)發(fā)表于國際權威期刊Molecular Microbiology，2020，114(5)：870-886. 生命科學技術學院博士研究生陳博為兩篇文章的第一作者，何亞文教授為通訊作者，美國愛達荷大學Alan R. Poplawsky副教授和廣西農(nóng)科院植物保護研究所李瑞芳副研究員參與了部分研究。
黃單胞菌屬有26個種、50多個亞種，大部分成員是植物病原細菌，可以侵染400多種主糧和經(jīng)濟作物，包括水稻、小麥、柑橘、番茄、胡椒、木薯、香蕉、大豆、十字花科蔬菜和油料作物等，造成嚴重的經(jīng)濟損失。酚類化合物是植物產(chǎn)生的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，參與植物生長發(fā)育，并在植物受到病原菌侵染后大量合成，參與防衛(wèi)反應。因此，黃單胞菌在侵染過程中會暴露在大量酚類化合物的作用之下。由于這些酚類化合物具有廣譜抑菌與抗氧化活性，如何拮抗與利用酚類化合物是黃單胞菌成功侵染需要克服的挑戰(zhàn)之一，也是黃單胞菌-植物互作研究中一個重要的科學問題。
? ? ? 該研究首先在十字花科植物甘藍葉片中檢測出4-羥基肉桂酸（4-HCA）、阿魏酸（FA）、芥子酸（SiA）、咖啡酸（CA）和4-羥基苯甲酸（4-HBA）。野油菜黃單胞菌(Xanthomonas?campestris?pv.?campestris,?Xcc)能有效降解這些酚酸類化合物。Xcc中操縱子hcaRHDL編碼一個MarR家族轉錄因子、輔酶A水合酶、脫氫酶和輔酶A連接酶，負責將4-HCA、FA和SiA分別轉化成為4-HBA、香草酸和丁香酸（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，當Xcc處于無酚酸的生長環(huán)境或附生在植物表面，轉錄因子HcaR結合在hca操縱子啟動子Phca?"ATTGTATCCATGAAATACAATCTAG"位點，與-10 box重疊，抑制hca操縱子的表達。當Xcc處于富含酚酸的生長環(huán)境或侵入植物體內(nèi)，酚酸誘導hca操縱子表達。表達的HcaL將酚酸轉化成酚酸輔酶A，酚酸輔酶A作為效應物結合HcaR，導致HcaR從啟動子Phca上的結合位點釋放下來，進一步促進了hca操縱子的表達，加速酚酸的降解（圖1）。監(jiān)測hca表達的報告菌株XC1::Phca-gusA侵入蘿卜葉片后，可以在葉片中明顯檢測到GUS活性，表明hca操縱子在Xcc侵染過程中表達；敲除hca顯著降低野油菜黃單胞菌在甘藍和蘿卜上的致病力。
Xcc能夠繼續(xù)利用pobA/pobR位點編碼的轉錄因子PobR感應4-HCA降解產(chǎn)物4-羥基苯甲酸（4-HBA），然后誘導4-HBA羥化酶基因pobA表達，將4-HBA轉化為原兒茶酸，繼而通過pca基因簇逐步轉化生成乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A，最終進入三羧酸循環(huán)。研究表明，由于pobA基因啟動子區(qū)域-10 box和-35 box的間隔堿基太長（21 bp），RNA聚合酶無法完全覆蓋整個啟動子區(qū)域，導致pobA無法正常表達。需要4-HBA與受體PobR結合后形成二聚化復合體，再結合到pobA基因啟動子區(qū)域，協(xié)助RNA聚合酶啟動pobA表達（圖2）。上述研究結果充分說明快速感應酚酸的存在并啟動酚酸降解和利用途徑在植物病原黃單胞菌侵染過程中起重要作用，是植物病原黃單胞菌的一類新型致病機制。
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金（No. 31972231和No. 32172355）及上海農(nóng)樂生物制品股份有限公司的項目資助。
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論文鏈接：
PR論文鏈接：
https://phytopatholres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s42483-022-00119-z
MM論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/mmi.14585
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