微生物所夏桂先课题组在细胞自噬介导植物先天免疫研究方面取得新进展

  细胞自噬是真核生物体中一种高度保守的细胞内物质降解途径,在动植物生长发育、衰老及对环境胁迫的应答过程中发挥重要作用。细胞自噬与植物抵御病原(病毒、细菌、真菌)的侵染密切相关,参与调控基础防御及免疫或病害相关的细胞死亡,作用方式随病原种类及入侵方式的不同而相异。相对细胞自噬在植物先天免疫过程中的重要性,对其作用机制还知之甚少。利用不同的病原-植物互作体系,分离鉴定参与免疫应答的细胞自噬相关蛋白及细胞学过程,分析与之关联的调控网络,是系统解析细胞自噬在植物先天免疫中作用的必需环节。 

  黄萎病是一种土传真菌维管束病害,主要由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)通过根部侵染引起,是寄主广泛的主要农作物病害之一。目前对植物黄萎病抗性的研究多集中在免疫应答基因的分离鉴定及功能分析,对介导黄萎病抗性的关键生物学途径及其作用机制的认识还十分有限,且尚无细胞自噬参与黄萎病免疫应答的报道。夏桂先课题组以拟南芥-大丽轮枝菌为模式系统,利用 iTRAQ 蛋白质组学分析技术,从野生型拟南芥和细胞自噬突变体中共分离到 780个大丽轮枝菌侵染后差异表达蛋白,其中193个蛋白可能作为底物/组分/受体,参与细胞自噬过程。根据差异表达蛋白的功能注释和表达变化特征,进一步通过生物信息学和细胞生物学分析,发现了拟南芥细胞自噬途径介导其抵御大丽轮枝菌侵染的三个要点:1) 细胞自噬参与诱发防御反应,与早期免疫应答及信号传递密切相关;2) 线粒体自噬在免疫应答过程中发挥重要作用,以两种形式存在于受感染的根细胞中,参与免疫及发育相关的程序性细胞死亡;3) 细胞自噬能控制维管束鞘或木质部薄壁细胞脱分化,使木质部增生,从而提高植物对维管束病害的抗性。这些研究结果证明细胞自噬在植物抵御维管束病害过程中具有重要功能,为深入了解细胞自噬在植物先天免疫中的作用机制提供了新的实验依据。 

  相关研究成果已在线发表在细胞自噬研究领域国际重要期刊Autophagy(https://doi.org/10.1080/15548627.2017.1423438),夏桂先课题组助理研究员王付欣为文章的第一作者兼共同通讯作者,夏桂先研究员为共同通讯作者。iTRAQ 蛋白质组学分析由夏桂先组与微生物资源前期开发国家重点实验室蛋白质组学平台罗元明团队合作完成。该研究得到了中国科学院战略先导性专项(B类)和国家自然科学基金的资助。  

 

  大丽轮枝菌入侵拟南芥后诱发根细胞线粒体自噬 

  A)皮层细胞(B)原形成层细胞A, B:标尺=0.5μm; a-d,标尺=0.2μm. 时间:侵染后48小时。WT,野生型;atg10,细胞自噬突变体;V592,大丽轮枝菌菌株。有尾箭头指示线粒体自噬小体,无尾箭头指示双层膜结构 

 

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中国科学院微生物研究所

中国科学院微生物研究所主要从事微生物学基础和应用研究。研究所以微生物资源、微生物生物技术、病原微生物与免疫为主要研究领域,开展基础性、战略性、前瞻性研究。

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