【Plant Cell】 网格蛋白促进稻瘟病效应因子进入水稻细胞的分子机制

许多丝状真核植物病原体通过劫持和取食活的植物细胞而引起植物疾病，它们将效应子输送到宿主细胞及其周围以抑制防御植物的免疫系统，使病原体迅速入侵和在植物组织内增殖植引起植物疾病。然而，关于病原体将效应蛋白如何通过质膜进入植物细胞中的机制尚不清楚。网格蛋白介导的内吞作用(CME)是真核细胞内化细胞外或膜结合物的主要机制，已知CME在植物-微生物相互作用中发挥关键作用，CME是由模式识别受体激酶介导的免疫所必需的。稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)是世界范围内最严重的水稻病害之一，对全球粮食安全造成威胁。稻瘟病真菌在侵染植物过程中形成一个效应物传递到植物细胞所必需的被称为生物营养界面复合物(BIC)的专门界面区域。

近日，国际著名杂志THE PLANT CELL上发表了一篇题为“Clathrin-mediated endocytosis facilitates the internalization of Magnaporthe oryzae effectors into rice cells”的研究文章，该研究证明了BICs中的细胞质效应子易位是由网格蛋白介导的内吞作用介导的，稻瘟病效应因子通过宿主网格蛋白介导的BIC外层的内吞作用内化，然后从MEC逃逸到水稻细胞质中，并且一个效应子Bas83似乎在BIC中对吸收植物膜片段进行内吞作用中发挥作用。

该研究通过使用激光共聚焦成像技术，将水稻细胞中的BIC外穹分辨为由细胞质效应物荧光识别的集中点状区域(图1),并将这些细胞质效应物点状区域称为膜性效应区室(MEC)，研究结果显示细胞质效应子定位于BIC内及其周围的膜效应室，细胞质效应子的MEC组织与效应子在水稻细胞质中转运的活跃期相对应。为了探索MEC动态随时间的变化，该研究使用共表达两种细胞质效应因子(Bas1:eYFP和Pwl2:mRFP)的病原菌株对菌丝形态发生开关期间的效应物荧光进行成像(图2)显示BIC中的膜效应室是动态的。

之后该研究通过感染表达质膜标记物 LTi6B:GFP的转基因水稻，证实了BICs在植物质膜中富集(图3)，并使用这些相同的水稻系来观察植物质膜与单个MEC的共定位，进一步确认了MECs 与植物膜有关。作者发现荧光Bas83:mRFP融合蛋白在转位后具有独特的定位模式入侵水稻细胞，与集中在BICs和BICs相关菌丝细胞周围的膜腔室相关(图4)。

之后该研究利用表达肌动蛋白标记物LifeAct:eGFP的水稻系在生物营养入侵中定位了植物肌动蛋白。表达荧光效应子Pwl2:mRFP的M. 水稻菌株感染BICs处显示LifeAct:eGFP荧光定位(图5)。在所有成像的尖端和侧面BIC中都有丰富的肌动蛋白(图5)，荧光Phalloidin偶联物和荧光标记效应物的共定位证实BICs富含植物肌动蛋白。结果显示肌动蛋白丝可能参与了水稻细胞质中MEC的转运。

另外，网格蛋白介导的内吞作用(CME)是植物的主要内吞机制，该研究为了评估内吞作用组分与BICs的共定位，生成了表达与CME相关的荧光融合蛋白的转基因水稻系。实验的共定位结果与CME在细胞质效应因子内化中起主要作用的概念一致(图6)。本研究沉默了两个水稻CME组成基因，结果也表明CME在附着体穿透阶段以及BIC的效应物转运中发挥作用，沉默水稻CME组成基因可以阻止感染和MEC的形成(图7)。为了进一步评估植物内吞机制在细胞质效应物易位中的潜在作用，该研究测试了一系列被报道可以抑制植物CME或CIE的化学物质。通过药理学方法加强研究，在M. oryzae感染的水稻细胞中，化学抑制的内吞作用与VIGS的结果相似，进一步支持CME在效应物摄取到水稻细胞中的作用(图8-9)。

该研究结果为BICs包括一个劫持植物网格蛋白介导的内吞作用的集中区域，用于将细胞质效应物内化到活植物细胞内(图10)提供了证据。研究数据有力地表明，稻瘟病菌利用网格蛋白介导的内吞作用将M. oryzae效应因子内化到活的水稻细胞内，甚至在附着胞穿透宿主表面之前就开始了。了解MECs的结构和动力学，识别在易位过程中起关键作用的效应子是当务之急，将稻瘟病菌生物营养性入侵的分子机制转化为控制全球水稻、小麦和其他粮食作物毁灭性疾病的策略是至关重要的。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad094

来源：植物生物技术Pbj

转自：“iPlants”微信公众号

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