植原體(phytoplasma),是一類無細胞壁、僅由三層組織膜包圍的原核生物,現在尚不能人工培養的植物病原菌。其專性寄生於植物的韌皮部篩管系統,會引起植物枝條叢生、花器變態、葉片黃化、樹皮壞死,以及生長衰退和死亡等病害症狀,但是其分子機制仍然不清楚!
2021年9月17號,Cell雜誌線上發表了來自John Innes Centre的Saskia A. Hogenhout課題組等合作題為“Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation”的研究論文。該研究揭示一種由植原體產生的效應分子SAP05蛋白可以重程式設計植物發育,進一步揭示SAP05是通過不依賴底物泛素化的過程而介導SPL和GATA發育調節因數的同時降解,從而引發异常生長。
植原體是一類類似細菌、但沒有細胞壁的原核生物。植原體感染大多數維管植物物種,並經常引起植物結構的巨大變化,例如枝條和枝條的過度增殖和花朵逆行發育成葉狀器官(葉狀體)。植原體主要依靠葉蟬和飛虱等從韌皮部取食的刺吸式昆蟲及植物營養繁殖資料傳播,也可由菟絲子和人工嫁接等傳播。受植原體感染的植物被稱為“僵屍植物”,因為它們表現出廣泛的結構變化,陷入無性繁殖的“僵屍”狀態,無法繁殖,囙此發展到“永遠年輕”的狀態,並且似乎僅作為植原體病原體及其昆蟲載體的棲息地。但是其引起植物發育不正常的分子機制仍然不清楚!
值得注意的是,植原體是嚴格的專性,具有在植物(植物界)和昆蟲(動物界)之間交替的雙宿主迴圈。植原體可能對其植物宿主有害,但它們通常對其昆蟲載體具有中性或有益影響。
該研究首先鑒定到植原體中一個效應分子SAP05的超表達在擬南芥中可以擾亂植物發育過程,SAP05植物產生更多的側枝和次生枝、高度降低、延遲植物衰老和大大降低了生育力等特徵,這些錶型類似於通常在植原體感染的植物中觀察到症狀。
進一步研究表明植原體效應子SAP05能結合並介導兩個不同轉錄因數家族(SPL家族和GATA家族)的多個成員的降解,導致植物衰老延遲以及營養組織和芽的同時增殖。更為有意思的是,SAP05介導的蛋白降解並不需要泛素化。SAP05通過劫持26S蛋白酶體上的泛素受體RPN10,形成SAP05-RPN10-SPL/GATA异源三聚體,直接介導目標蛋白在蛋白酶體的降解。囙此,該研究發現了一種新發現的降解蛋白質的方法,即SAP05直接與植物發育蛋白和蛋白酶體結合降解蛋白。
值得注意的是,SAP05並不結合植原體昆蟲載體的RPN10,而昆蟲RPN10只有兩個胺基酸定義了其結合特异性。囙此,該研究還設計了一種類比昆蟲RPN10序列的植物RPN10的功能變體。這種類比受體對SAP05的親和力較低,並在植原體感染期間賦予植物對SAP05活性的抗性。
論文連結:
https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2821%2901012-6
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