卵菌綱致病效應子

1、植物病原卵菌綱的 RXLR 效應子 卵菌綱生物是一個系統發(fā)育不同的組，其中包括一些最具破壞性的植物病原物。 最近的 4 個卵菌無毒基因的特性發(fā)現具有普通的模塊化結構編碼效應子蛋白，包 括一個N-末端的保守RXLR基序列。在較近期的科研支持下，一些證據表明這些 AVR 蛋白質是由病原體分泌的，然后在侵染過程中易位到宿主細胞。除了闡明宿 主細胞機械運輸所需的，今后的工作仍然確定無數的卵菌 RXLR 的效應子蛋白的 毒力功能。引言 植物原核和真核病原體在寄主不同的細胞區(qū)室分泌效應子蛋白，以調節(jié)植物的防 御機制，使它們能夠寄生并繁殖1-4。例如植物與微生物相互作用的研究是解 開效應子分子功能的一種致病

2、性機制的核心認識。事實上，在闡明細菌效應子的 毒力功能已取得重要的進展2，和與真核植物病原體研究進展迅速，以及最近 確定的亞麻銹病和大麥的白粉病菌效應子5-7，卵菌疫和Hyaloperonospora8， 9， 10， 11，以及根結的線蟲12,13。 卵菌綱形成了一個獨特的真核微生物群，其中包括一些最臭名昭著的植物病原體 14。卵菌效應子一些方面的研究在近幾年加速，原因是豐富的基因組資源。卵 菌綱，現在分泌的上百種效應子蛋白針對寄主植物兩個不同的位點1,3,15。質 外體效應子被分泌到植物細胞外的空間，而細胞質效應子易位到植物細胞，在那 里它們針對不同亞細胞1,3。一些質外體效應子通過抑制宿

3、主酶進行反防御， 如蛋白酶和葡聚糖酶，即病原體侵染的積累效應16 18。與此相反，細胞質效 應子的生化活動仍知之甚少。卵菌細胞質效應子已發(fā)現通過他們的無毒（AVR） 功能被發(fā)現，那就是，他們有能力引發(fā)宿主細胞過敏性壞死與相應的疾病的細胞 抗?。≧）的基因8,9,10, 11，但它們缺乏同源的抗病基因的植物仍是未知3。 本文總結了近年來的研究發(fā)現 RXLR 類卵菌細胞質效應子的結構和功能1,3。這 些效應子在宿主細胞內的功能由一個高度保守的區(qū)域，并且其特征在于定義的不 變性序列RXLR。這個評論將覆蓋RXLR效應子研究兩大主題：運輸和毒力功能。 RXLR 序列定義為卵菌無毒蛋白的一個保守結構域在

4、過去的三年已經描述了 4個卵菌致毒基因：ATRlNdW和來自霜霉病的ATR13 8,10，大豆疫霉菌Avrlb-1 11和馬鈴薯晚疫病菌Avr3 8，9，10，11。所 有四個毒蛋白的N-末端60個氨基內包含分泌肽的信號和一個保守RXLR結構域, 兩側是咼頻率的酸性的（D / E）殘基（圖1）。signal peptidetargeTtngsignal peptidetargeTtng（一） 細胞質 RXLR 的效應子的域名組織Hyaloperonsopora 疫病 ATRINdWsB 和 ATR13，大豆疫霉菌 Avrlb-1,和馬 鈴薯晚疫病菌AVR3a的原理圖。根據序列的數字表明氨基酸的

5、位置。突出 顯示RXLR域包括RXLR的序列本身和下游dEER序列?；疑^區(qū)分涉及 效應子活性的分泌和目標效應子蛋白質的區(qū)域。（二）卵菌綱RXLR形狀 和惡性瘧原蟲的 HT / PEXEL 的形狀之間的存在相似。來自馬鈴薯晚疫病 菌和惡性瘧原蟲的效應子蛋白序列標志24。卵菌綱RXLR蛋白與宿主細胞蛋白的相互作用有趣的是，這四個毒目標的R蛋白屬于細胞內的NBS-LRR類（核苷酸結合位點和 富含亮氨酸重復域）蛋白19 21。這些R蛋白質在細胞內的位置顯示，這些無 毒的蛋白質在植物細胞質內被檢測到8,9, 1 0 。與此相一致想法， AVR3aKI，ATR1NdWs，B ATR13 直接表現在植物

6、上不需要信號肽序列觸發(fā)超敏反應8,9,10。疫霉菌 RXLR 結構域在瘧原蟲內介導宿主靶標 卵菌 RXLR 序列和宿主蛋白質從瘧疾寄生蟲（瘧原蟲）移位到宿主的紅血細胞所 需的定位信號（HT/ PEXEL基序）22,23的位置是相似的。這一發(fā)現來自疫霉 屬和瘧原蟲宿主目標蛋白要求有檢查保存功能共享位置性保守序列。巴塔查爾吉 等，24證明該 RXLR 前導序列的馬鈴薯晚疫病菌 Avr3a 和另一名候選人的效應 子足以從該惡性瘧原蟲寄生蟲介導的宿主紅血細胞（紅細胞）（圖 2）中調控導 出的綠色熒光蛋白（GFP）。突變在RXLR共識取消了導出。與觀察到的側翼施力 的 RXLR 的基序（參見上述），的上

7、游和下游區(qū)域的宿主定位所需的 RXLR 基序具 有一致序列，從而限定一個 ca.30 個氨基酸的目標域?？傊@些研究結果表明， 植物和動物真核病原體使用類似的靶向效應子信號進入宿主細胞24。然而，目 前還不清楚這個功能相似是否能反映這些不同的真核生物之間的運輸機制保守 性（下文對這個話題作進一步討論）。馬鈴薯晚疫病菌AVR3aRXLR前導區(qū)介導的綠色熒光蛋白（GFP）的出口惡性瘧原 蟲的寄生蟲宿主紅細胞。表達野生型或突變 RXLR 區(qū)域 AVR3a 稠合到一個惡性瘧 原蟲信號肽（殘基21-69）的紅細胞GFP。組件（ii）及（v）表示的熒光圖像中，（i）及（iv）的明視野圖像，和（iii ）

8、及（引）合并后的圖像。寄生蟲（P）, 紅細胞（E），赫司特染細胞核（藍色），比例尺為2毫米。24。疫霉宿主細胞靶標需要 RXLR 域 最近的證據表明，針對這些卵菌綱效應子宿主植物細胞 RXLR 基序確實是需要的。 最近發(fā)現馬鈴薯晚疫病菌 Avr3a 和所需要的大豆疫霉 Avr1b-1 的 RXLR 序列授予 病原體時抗性植株表現無毒抗性，但不是在瞬時表達的。此外，具體地說由凸出 的吸器分泌的 Avr3a 熒光融合蛋白，可能在宿主細胞內積累。相反，一個突變的 RXLR體的融合蛋白在質外體空間積累。這些結果表明，在RXLR域指示的效應子 蛋白轉運到植物宿主細胞中后，病原分泌的介導信號肽。效應子活動

9、不需要 RXLR現行的觀點是卵菌RXLR效應子，類似于III型分泌系統的細菌效應子，模塊化 地組織成蛋白質兩個主要的功能域3(圖1)。N-端結構域，包含信號肽和RXLR 片段的分泌和定位功能，而剩余的C-末端結構域具有效應子的活動。該模型預 測，效應子在宿主細胞內表達時不需要RXLR域。事實上，BOS等25最近發(fā)現, 基因突變的馬鈴薯晚疫病AVR3aKi的RXLR序列蛋白質在煙草葉上直接表達時不干 擾誘導R3A超敏反應。事實上，AVR3aKi的缺失分析表明C-末端75個氨基酸，不 包括RXLR地區(qū)，但包括兩個多態(tài)氨基酸K80和I103突變的非功能性等位基因，當 在植物細胞內的直接表達時已無毒力

10、功能25。這些研究結果與N-末端區(qū)域的 卵菌 RXLR 的效應子是參與分泌和定位，但不是必需的效應子的活動這個觀點是 一致的。C-端結構域的RXLR效應子通常受到正選擇AVR蛋白質及其同源R蛋白之間的相互作用可以導致一個共同進化的軍備競賽 26。其結果，認可的 R 蛋白效應子域會根據選擇多樣化。考慮與效應子活性作 用的一致性，在C-末端區(qū)域的H.寄生ATR1和ATR13比信號肽和RXLR的區(qū)域有 較高水平的多態(tài)性，特別是非同義替換 8,10。此外，三分之二的三個多態(tài)兩 者之間的Avr3a基因馬鈴薯晚疫病的殘留物的C-末端的氨基酸80和103,分別 位于效應子結構域9。最近的全基因組分析 RXL

11、R 效應子表明，積極的選擇在大 多數情況下的效應子結構域的C-末端而比信號肽和RXLR的區(qū)域更有針對性。綜 上所述，非同義多態(tài)性優(yōu)勢的C-末端結構域的RXLR蛋白質與效應子活動的作用 是一致的，而保護的N-末端結構域是的蛋白質的定位與角色一致的。植物細胞中病原體缺乏的情況下 RXLR 效應子能否進入寄主？RXLR 蛋白對宿主細胞的運輸機制進行編碼，也可以由病原體，寄主，或兩者兼 而有之。在我們對 AVR3aKI 的研究中，我們注意到在植物的全長蛋白的表達時導 致 R3a 依賴過敏性25。 Catanzariti 等5報道了與銹菌 AvrM 效應子相似的結 果。然而，這些實驗中，沒有特別的信息性

12、，因為它們可能同樣的被解釋(1) 分泌的效應子隨后重新進入植物細胞，或(2)誤定位的蛋白質，以完善的細胞 質途徑通過逆行運輸的27,28。Shan等11報道，浸潤大豆疫霉Avr1b-1RXLR效應子，在畢赤酵母中表達，到 Rps1b 大豆葉片，導致細胞死亡。滲透蛋白質觸發(fā)細胞死亡的能力通過其細胞內 的R蛋白，Rps1b，認為的病原體編碼的機制和結構不需要宿主的(即吸器)細 胞運輸。令人驚訝的是，重組的能力 Avr1b-1 可能通過輸入觸發(fā)細胞死亡未得到 有效利用植物細胞研究的貢獻例如浸潤的 RXLR 域的 Avr1b-1 的突變形式。這可 能解釋這些實驗的重復性差。事實上，在大腸桿菌中產生的重

13、組 Avr1b-1 的或昆 蟲細胞中染 SfR 中產生的 ps1b 在大豆植株沒有表現出任何生物活性。RXLR 效應子傳遞到寄主的模型 許多關鍵的問題是RXLR域如何在寄主定位的效應子功能。RXLR效應子的運輸機 制是什么？是衍生從病原體或利用宿主的效應子交通運輸系統？用于提供類似 機械卵菌綱和惡性效應子？盡管有這些持續(xù)存在的的問題，對一些合理的假設易 位過程可以進行。例如，它似乎明智的做法打破了運輸過程中一分為二步驟24。 首先，反應器外的分泌病原體細胞通過分泌途徑使用面內質網（ER）類型的信號 肽。然后在一個被輸送的，分泌的效應子宿主來源的膜，最有可能的吸器膜，通 過RXLR領導。Bhat

14、tacharjee等人在GFP的實驗24，個的突變RXLR序列結 構積累GFP在瘧原蟲外而不是在蟲空泡內表明其主要功能的RXLR前導序列包括 跨越宿主的衍生膜運輸。結構相似的其他蛋白運輸系統的RXLR前導肽表明可比組件可能是RXLR效應子運 輸需要的。在這里，在這些不同的可見的宿主蛋白質定位系統的基礎上我們提出 效應子交付模型（圖3中示出）29。我們假設宿主易位RXLR效應子涉及至少 一個RXLR前導序列結合蛋白，一個或多個附加分子伴侶，以及上的易位，它可 以是任一病原體或植物來源。它轉運進入宿主細胞啟動與成熟的RXLR結合蛋白 招收通過分泌途徑分泌效應子。在協調效應子的貨物伴侶，隨后被轉移到

15、吸器外 膜上嵌入易位，并在跨植物細胞膜進入細胞質后釋放。伴侶保持轉運效應子折疊 狀態(tài)在中轉易位之前和之后是非常重要的。在這一點上，這種模式是高度投機性，但此綱要提供了一個有用的發(fā)生器假說， 以幫助指導未來的研究。事實上，該模型表明直接的研究途徑，揭示了易位過程， 例如，RXLR結合蛋白和效應子分子伴侶的識別。plant c-eII cytosolpathogen membrane - cell wallRXLR binding proteintranslocated effectorplant c-eII cytosolpathogen membrane - cell wallRXLR bin

16、ding proteintranslocated effectorRXLR domain signal peptideCurranl Opinion in Microbiolagy一個 RXLR 效應子進入宿主細胞的分泌和交付的假設模型（有關詳細信息，參見 文字）。RXLR 效應子的毒力功能 雖然 RXLR 效應子對有同源 基因活性的植物品種上被確定無毒，想必這些效應 子感染敏感宿主時賦予了選擇優(yōu)勢性的病原體。按照這個想法， Avr1b-1 在宿 主兼容過于表達了。不幸的是， RXLR 效應子的毒力功能在很大程度上還是未知。幾個RXLR效應子擁有核定位信號（NLS）,這表明他們操縱宿主基因的表

17、達以確 保一個適當的侵染環(huán)境 3,30。博斯等人25,在努力分配AVR3a毒力相關函數時，發(fā)現AVR3aKI抑制過敏性 細胞死亡主要由INF1在本生P.馬鈴薯晚疫病菌的激發(fā)素誘導。引起細胞死亡的 AVR3aKI表現出一定程度的抑制活性特異性。AVR3aKI沒有抑制 馬鈴薯晚疫病菌效應子引起的細胞死亡，如 PiNPP1CRN2 與 INF1 相比引起不同和 對立的細胞死亡信號途徑31。生物學相關性， AVR3aKI 的活性可顯著考慮， 抑制先天免疫力的活體營養(yǎng)病原體是一種普遍的功能效應子，特別是III型分泌 系統（TTSS）細菌性植物病原菌的效應子32。AVR3aKI可能干擾INF1或其他 身份不明的效應子的無毒活性，使用類似INF1的途徑觸發(fā)高靈敏度25。未來 研究來澄清這些問題，并確定抑制細胞死亡是RXLR效應子一種常見的功能。前景：太多的效應子，時間太少 考慮到基因組測序和注釋五H.寄生卵菌綱的物種已接近尾聲，P. ramorum，疫 病，晚疫病，大豆疫霉，我們正在迅速向全基因組收錄RXLR效應子。它已經是 顯而易見，植物病原卵菌分泌的RXLR效應子比預期的要復雜得多，也許幾百個 致力于操縱宿主細胞的蛋白質3,15。泰勒等人15報導350 RXLR效應子在 P. ramorum 和大豆疫霉的每一個基因組中使用迭代相似性搜索。在我們自己的 實驗