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植物通过细胞表面的局部模式识别受体识别微生物相关分子模式(microbe-associated molecular patterns, MAMPs),从而激活模式触发免疫(pattern-triggered immunity, PTI);同时,有毒病原微生物通过毒性物质干扰或克服PTI;而植物则进一步识别毒性效应物或它们的行为,以触发有效的免疫(effector-triggered immunity, ETI)。研究表明,植物免疫过程中会激活多种信号引起的免疫反应,包括茉莉酸(JA)、乙烯(ETH)和水杨酸(SA)在内的植物激素等,从而激活基因组的大规模转录再编程。这些信号通路相互作用形成可以由PTI和ETI共享的免疫信号网络。之前的项研究表明,在PTI过程中,超过5000个基因的转录反应依赖于信号网络的复杂交互作用,具有明显的协同关系;但是在ETI过程中,补偿关系则占主导地位,表明信号网络调控免疫反应的机制,如转录重新编程,在PTI和ETI之间可能有本质上的不同。在ETI中该信号在网络转录重编程中所起的作用以及PTI和ETI之间的差异仍然未知。

近日,Plant Cell 在线发表了一篇题为“The Defense Phytohormone Signaling Network Enables Rapid, High-amplitude Transcriptional Reprogramming During Effector-Triggered Immunity”的研究论文,报道了ETI过程中植物激素信号网络在转录重编程过程中的作用。

该研究证明了JA/ETH/PAD4/SA信号网络是ETI过程中快速建立转录重编程而非定性基因调控的必要条件。该论文通过共表达网络分析发现,尽管在细菌III型效应分子AvrRpt2不同侵染时间的转录组反应上存在显著差异,但在野生型和四重突变体拟南芥之间,基因的共表达关系是高度保守的;JA/ETH/PAD4/SA网络会在侵染早期快速建立转录再编程。该研究发现,在avrrpt2触发的ETI中,JA/ETH/PAD4/SA信号网络可以通过PTI的抑制释放EMPIS(ETI-mediating and PTI-inhibited signaling)来控制EMPIS激活的时间,也有可能在没有EMPIS的情况下,在avrrpt2触发的ETI中进行快速的转录重编程。该研究还发现,在ETI激活的过程中,有一组独立于JA/ETH/PAD4/SA网络的基因—ERF6(ERF转录因子),该研究表明ERF6是TNL和CNL(两大类富含亮氨酸重复序列蛋白的核苷酸结合蛋白)激活应对生物自养细菌和卵菌病原体ETI的共同组成成分。同时,该论文指出ERF6与2个TNL基因、MPK3和WRKY33基因的启动子和控制蛋白结合,ERF6介导的TNL表达可能促进ETI响应。

Comparative analysis of transcriptome dynamics in Col-0 and dde2 ein2 pad4 sid2 in response to virulent Pto DC3000, and avirulent Pto AvrRpt2 or AvrRpm1.

总的来说,该研究结果支持在ETI过程中JA/ETH/PAD4/SA信号网络调控早期转录再编程,对于抵抗细菌病原物具有重要意义,而ERF6转录级联的功能独立于JA/ETH/PAD4/SA信号,也是有效建立ETI的重要因素。

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