勃艮第大学综述植物与微生物相互作用中的多效性作用因子

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Ad植物微生物

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资源所属：

农业生物技术专题

类型：

前沿资讯

语种：

中文

原文发布日期：

2024-05-19

摘要：

近日，法国达鲁瓦勃艮第大学农业科学研究院农业研究所Patricia Gerbeau-Pissot和Françoise Simon-Plas在TRENDS IN PLANT SCIENCE上发表了一篇题为“Sterols, pleiotropic players in plant–microbe interactions”的综述文章。笔者介绍了植物甾醇多样性受 PMI 调节、植物甾醇冻结或移动，植物甾醇参与 PMI 诱导的 PM 空间重组和功能，以及甾醇作为警告信号和沟通因素在区分敌友，分子串扰中发挥的作用。PMI是复杂且动态的过程，植物与有益或病原微生物相互作用。互利共生改善了伴侣双方的健康，特别是通过营养交换，而发病机制会导致定植植物患病，除非在不相容的相互作用中，其中微生物的生长因植物防御反应而停止。在 PMI 中，两个合作伙伴共享一个特定的接口，在交互发挥作用之前首先确定兼容性。植物-微生物界面包括 PM 蛋白、细胞壁 (CW) 蛋白和多糖的胞外结构域，以及质外体化合物。微生物发育所必需的营养物和/或脂质要么分泌到质外体，要么通过多种机制直接从宿主植物转移到微生物。笔者指出与仅积累最终甾醇产物（分别是胆固醇和麦角甾醇）的动物和酵母细胞不同，植物甾醇生物合成途径的不同最终产物和许多中间化合物的混合物共存于植物中，导致最终植物甾醇成分多样化。甾醇含量的变化是对环境条件的反应。甾醇介导的PM生物物理特性在PMI期间受到调节。甾醇，特别是它们的游离形式，在 PM 处积聚，其中它们的横向区划通过有组织的结构域形成来解释PM的专业化。甾醇的平面环状结构有利于它们插入脂质双层，在那里它们调节脂肪酰基链的流动性并有助于形成结构域，其中包括液体有序相。每种甾醇对膜特性的影响不同，具体取决于其侧链上是否存在甲基或乙基。与胆固醇相比，这使得植物甾醇在排列脂质双层方面的效果较差，并且乙基通过增加烷基尾部的体积并导致不完美的堆积来放大这种效果。有序能力随着 C22 处的双键以及烷基尾部的增大和双层中的溶解度降低而降低。引人注目的是，豆甾醇/β-谷甾醇比率根据 PMI增加或减少。然而，拟南芥 Atcyp710A1 无效突变体显示出非宿主和基础抗性受损，而AtCYP710A1的过度表达增强了对宿主病原体的抗性，表明甾醇组成与 PMI 结果之间存在联系。在感染黄萎病的棉花中，GhCYP710A1的沉默导致豆甾醇产量减少。遗传方法使我们提出了一种将甾醇整合到 PM 介导的PMI结果中的机制模型。甾醇还参与PMI诱导的PM空间重组和功能。在PMI期间，植物PM的深度重塑对于后续的适应性响应至关重要。事实上，微共生体的进入和发育需要形成 PM突起。甾醇科作为警告信号和沟通因素。导致抗病性的一种机制是植物细胞区分自身和非自身的能力。麦角甾醇是一种真菌甾醇，经常被视为外来分子这些反应包括特征性激发子诱导的反应，支持麦角甾醇作为 病原关联分子模式PAMP。外源应用豆甾醇和β-谷甾醇分别诱导真菌和植物细胞生长，表明来自PM外部的甾醇激活导致细胞变化的信号级联。对参与 PMI并被共同进化过程靶向的多种甾醇结合蛋白的研究，以及对来自麦角甾醇不是唯一的真菌甾醇，而且它在真菌中的存在量不同。为了充分了解甾醇在PMI中的作用，特别是在信号传导途径和营养交换的调节中，有必要更好地表征微生物 PM 中的甾醇生物合成和甾醇混合物的调节。甾醇类参与PM组织的调节、细胞内膜和PM之间的膜交换方向的诱导调节、甾醇结合蛋白的激活和抗菌等许多细胞功能，并且PMI中这些细胞事件之间的联系仍不清楚。根据目前的理解，甾醇的多效性作用使得很难清楚地描述它们在 PMI 结果中的具体作用。植物甾醇的生物发生、功能、贡献和微调调节因参与相互作用的植物和微生物而异。此外，目前还没有办法确定哪种伙伴（植物或微生物）诱导了在受攻击细胞中观察到的基因重编程。解决这个问题的一种方法可能是通过关注 PMI 领域来研究基因表达的调控，以获得有关合作伙伴之间广泛而具体的重新规划的更多信息。此外，迄今为止研究很少的遗传方法，包括产生针对参与甾醇生物合成的基因的条件和/或组织特异性突变体，可能是一个有前途的研究途径。这些策略还应有助于破译每种甾醇调节细胞信号传导的不同能力如何在不同的 PMI 中发挥作用，同时避免甾醇介导的对植物发育的非特异性影响。另一个挑战是追踪细胞内甾醇的旅程以及它们在伙伴之间可能的转移。还必须探索甾醇动力学的剩余未解机制，特别是使用与甾醇传感器（仍有待优化）表达耦合的高分辨率显微镜。