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北京时间6月15日晚23时，植物学期刊Nature Plants在线发表了我校津田贤一教授团队最新研究成果。研究人员利用植物体内原位细菌转录组及蛋白质组学技术，建立了病原细菌基因调控网络，报道了被寄主免疫系统攻击的病原细菌主要调控途径，并发现了植物免疫系统能够靶标病原菌的第三类分泌系统元件，进而抑制病原细菌生长。津田贤一为论文通讯作者，索尔克生物研究所博士Tatsuya Nobori、南京农业大学植物保护学院王一鸣教授为论文共同第一作者。
植物体内原位细菌转录组及蛋白质组学技术揭示病原细菌基因调控网络以及植物免疫系统特异性抑制细菌侵染机制
细菌致病因子的表达和植物免疫成分的变化形成了植物与微生物相互作用过程中的复杂关系。对这种复杂互作过程的深入研究，对全面理解细菌如何引起植物病害以及植物如何保护自己免受病原菌侵染至关重要。但由于两个主要瓶颈的存在，限制了人们对病原菌如何应答植物免疫反应的探究。其一是如何从植物宿主细胞内部成功分离出含量极低的细菌RNA？为了克服这一障碍，Tatsuya Nobori博士和王一鸣教授及其同事利用实验室先前建立的病原菌分离方法从植物叶片中富集细菌RNA。第二，细菌RNA的水平变化通常不能反应出实际的蛋白质表达。因此，研究人员通过同时分析细菌RNA 和蛋白质的表达来解决这一问题。
为了研究感染期间细菌基因的表达模式，研究人员选取了模式细菌丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae)和拟南芥作为研究材料。通过对丁香假单胞菌的RNA及蛋白质的分析，研究人员发现病原菌在宿主侵染过程中的RNA及蛋白表达与体外培养相比，存在较大差异，尤其是在植物与病原菌互作早期，说明这些早期基因表达模式的变化对侵染植物过程至关重要。同时，为了了解植物免疫对细菌基因表达的影响，研究人员选取了与植物免疫过程相关的拟南芥突变植株。细菌转录及蛋白在不同突变体植株中变化的分析表明，受水杨酸(salicylic acid, SA)调控的植物免疫参与了对细菌致病相关mRNA和蛋白质的抑制过程。
通过对细菌转录与蛋白组学数据的比较，研究人员发现SA介导的植物免疫对细菌基因和蛋白质表达的抑制具有高度的一致性。值得一提的是，SA介导的植物免疫不仅能够特异的抑制病原菌第三类分泌途径尖端，介导病原毒性蛋白进入宿主体内的特殊蛋白的累积。同时，也能够影响病原菌移动相关的蛋白表达。且这些抑制仅发生在蛋白水平，而RNA水平并无明显变化。
津田贤一教授及其团队获得的大量多组学数据使得他们能够进一步分析病原菌侵入过程中每个细菌基因的表达及调控方式。通过对4500个基因的表达进行相互关联及聚类分析，研究人员鉴定出许多功能未知的基因簇能够参与细菌生长过程；同时，也帮助作者成功预测出先前未知的转录调控因子，并进一步验证了这些因子确实参与了相关基因的表达调控和与病原菌致病性。
此研究对分析植物与病原微生物相互作用的过程中，细菌遗传信息如何转化为功能蛋白提供了一种解决方案。还有助于深入了解植物免疫抑制病原菌侵染的分子机制。该研究方法可潜在用于研究包括作物在内的不同植物物种以及包括病原体与共生体在内的不同细菌物种，从而获得可直接用于优化作物分子育种的见解。
该项目获得华中农业大学高水平人才项目支持、马克斯·普朗克科学促进学会德国科学基金会和农业微生物学国家重点实验室的资助。
论文链接:
/10.1038/s41477-020-0690-7
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Nature Plants|华中农大在病原细菌基因调控网络以及植物免疫系统特异性抑制细菌侵染机制取得新进展
