2019-08-16 00:39:01
发现可以为抗病水稻作物铺平道路

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研究人员发现了水稻中一种不同寻常的蛋白质活性,可以利用这种活动使作物在抗稻瘟病的进化军备竞赛中占据优势,稻瘟病是全世界水稻生产的主要威胁。

稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)是导致稻瘟病的真菌,它在水稻上造成病害,降低了谷物的产量和质量。这种真菌导致全球水稻收成损失高达三分之一,大约足以每年为超过6000万人提供食物。

已经采用了各种防治真菌的策略,但尚未开发出可持续的方法。成本和环境问题限制了有毒杀菌剂的成功。并且称为连锁拖曳的现象,其中不期望的基因与期望的基因一起转移,使得育种者难以生产表现出改善的抗病性但仍以期望的速率产生谷粒的各种水稻。

基因编辑技术最终可用于在水稻植物中精确插入基因,克服连锁阻力问题,但首先,需要鉴定或设计提高水稻免疫力的基因。

日本和英国的一组研究人员在“生物化学杂志”上报道,一种特殊的水稻免疫受体 - 来自一类通常仅识别单一致病蛋白的受体 - 通过触发针对两种不同真菌蛋白的免疫反应来拉动双重功能。编码该受体的基因可以成为工程新受体的模板,每个受体可以检测多种真菌蛋白,从而提高水稻作物的抗病性。

稻瘟病真菌在水稻细胞内部署了许多被称为效应物的蛋白质。作为回应,水稻植物已经进化出编码富含核苷酸结合 - 富含亮氨酸的重复蛋白或NLR的基因,其是诱导特定真菌效应子的细胞内免疫受体。在NLR受体的特异性真菌效应物与诱饵结合后,启动信号传导途径导致细胞死亡。

“(细胞)在一个非常局部的区域内死亡,因此植物的其余部分能够存活下来。这几乎就像牺牲你的手指来拯救你的身体其他部分一样,”John Innes中心的教授兼组长Mark Banfield表示。英格兰诺里奇,该研究的高级作者。

班菲尔德说,在从以前的工作中学习到真菌效应器AVR-Pia和AVR-Pik具有相似的结构之后,研究人员试图找出是否已知与这些效应物之一结合的水稻NLR也可能与另一种结合。

科学家们将水稻NLR和真菌效应物的不同组合引入烟草(一种研究植物免疫的模型系统),并使用水稻植物来显示是否有任何不寻常的对可以聚集在一起并引发免疫反应。称为Pikp的AVR-Pik结合水稻NLR如预期的那样触发了AVR-Pik的细胞死亡,但令人惊讶的是,实验表明表达该NLR的植物也部分地与AVR-Pia反应。

作者仔细研究了使用X射线晶体学的意外配对,并注意到水稻NLR拥有两个独立的AVR-Pia和AVR-Pik对接点。

Banfield说,目前的形式是,Pikp在结合AVR-Pia后引起微弱的免疫反应,然而,受体的DNA可以被修饰以改善其对不匹配效应物的亲和力。

“如果我们能找到一种方法来利用这种能力,我们就可以产生能够结合多种病原体效应物的超级NLR,”班菲尔德说。

班菲尔德说,作为最终的终极目标,基因编辑技术可用于将增强型NLRs(如Pikp)插入植物中,这可能会使水稻作物面对水稻稻瘟病,从而有利于稻米作物。

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