依赖于蛋氨酸循环和γ-氨基丁酸代谢途径番茄青枯病的抗性研究外文翻译资料

依赖于蛋氨酸循环和gamma;-氨基丁酸代谢途径番茄青枯病的抗性研究

运行标题：对青枯菌的抗性取决于MTC和GABA
关键词：青枯菌；蛋氨酸循环（MTC）；rsquo;gamma;-氨基丁酸（GABA）；细菌枯萎病（BW）；番茄

研究背景：

细菌性萎蔫病是由青枯病引起的一种复杂的破坏性病害，影响到200多种植物。本研究为研究青枯病与寄主番茄的相互作用，用具有高度感染青枯病（RsH）、轻度感染青枯病（RsM）分别侵染番茄茎进行了蛋白质组学比较分析。结果表明，甲硫氨酸循环发生明显改变，gamma;-氨基丁酸生物合成水平降低。接下来，作者还对抗性番茄和感病番茄接种（RsH）后3个阶段(0、3和5 dpi)的两个关键组织(茎和根)进行了转录组分析。分析了MTC和GABA通路的特征。随后，MTC相关基因SAMS2, SAHH1, MS1,以及GABA生物合成相关基因GAD2和SSADH1,被病毒诱导的基因沉默(VIGS)表达，随后对对RSM和RSH感染的防御反应过程中MTC相关基因进行了分析。结果表明，番茄SAHH 1、MS1和GAD 2的沉默导致番茄抗性下降。总之，本研究中描述的感染分析、蛋白质组学和转录数据表明，MTC和GABA生物合成在青枯病和番茄免疫互做中起到重要调控作用。

介绍：

现已发现，可固定有机物的植物具有复杂的双分支先天免疫系统，能检测和对抗入侵的微生物。通过跨膜模式识别受体（PRR）对病原体相关分子（PAMP）的感知构成了植物免疫的第一个分支，被称为PAMP触发免疫（PTI）（Zipfel，2008）。然而，病原体在植物细胞内释放效应物以抑制PTI（Boller和Felix，2009），因此植物进化出第二个防御分支称为效应器触发免疫（ETI），其利用抗性基因（R）识别特定病原体编码的效应物作为最终防御策略对抗病原体。目前将植物免疫系统通常概括为“之字形模型”的简单共同进化模型（Jones和Dangl，2006）。因此，在某种程度上，病原体入侵的最终结果依赖于植物免疫系统对病原体抑制和后续激活植物对病原体的有效防御之间的平衡（Pieterse等人，2009）。

青枯菌（Ralstonia solanacearum）是一种土壤病原体，引起细菌枯萎病，在热带和其他温暖地区造成大量损失（Salanoubat等，2002）。 作为一种土壤和水传播的细菌，其通过根部伤口侵入并在番茄中增殖，最终进入木质部导管并使番茄植株塌陷（Huang和Allen，2000; Zhang等，2017）。抗性和耐性番茄品种的选育已被证明是最有效的途径。如许多其他植物病原体的管理。番茄抗青枯病的主要来源是S.Pimpinellifolium和S.Lycopersicum var.cerasiforme（Ishihara等人，2012年）。 “夏威夷7996”已被证明对几种R.茄科植物具有稳定的抵抗力（Upreti和Thomas，2015年）。然而，青枯病菌已被证明是一种高度灵活的细菌，能够迅速适应环境变化和发展抗御植物耐性的能力。因此，必须全面和详细的了解这种植物-病原体的相互作用。

差异蛋白质组学是一种强大的技术，用于破译各种生物过程。分泌蛋白允许在番茄中的一系列病原体成功感染后探索新的致病决定簇（Wang等，2011）。此外，蛋白质是解码过程的关键功能分子和最终产物，因此，组成植物细胞中的结构和运动元素（Lopez，2007）。Afroz等（2009）对细菌枯萎病和抗性番茄品种进行了比较蛋白质组学分析，并通过水杨酸（SA）介导的防御机制途径鉴定了可能参与青枯雷尔氏菌抗性的顶膜抗原。随后，Dahal等（2009,2010）使用2,3-D IEF / SDS-PAGE并分析在青枯雷尔氏菌接种之前和之后从抗性和易感番茄植物中提取的细胞壁蛋白。他们的蛋白质组结果显示，植物通过提高抗性和易感番茄植株中发病相关，防御相关和糖酵解蛋白的表达来响应青枯雷尔氏菌。蛋白质组学用于研究番茄植物对其他真菌和病毒感染的反应，例如烟草花叶病毒（Casado et al。，2006），Fusarium oxysporum（Houterman et al。，2007），Botrytis cinerea（Shah et al。 ，2012）。尽管蛋白质组学研究为理解番茄植物对不同真菌的反应奠定了基础，但结合转录方法和差异蛋白的功能分析仍然有必要阐明不同蛋白质在病原体 - 宿主相互作用过程中的确切作用。

植物采用多种防御策略来识别和防御潜在的病原体，其中一种反应是调节与植物生长必需的初级代谢相关的过程（Berger等，2007; Rojas等，2014）。少数研究表明，初级代谢与植物病原体防御反应之间存在因果关系（Bolton，2009; Seifi等，2013）;然而，对由病原体感染引起的初级代谢调节的分子机制的理解仍处于初期阶段。已知谷氨酸代谢（GM）在植物氨基酸代谢中起重要作用（Seifi等，2013），并且有新的证据表明GM也广泛参与植物 - 病原体相互作用。例如，在拟南芥中，谷氨酸同源性的破坏和叶细胞中细胞氧化还原失衡的诱导导致ROS介导的细胞死亡和对Erysiphe cichoracearum和Colletotrichum higginsianum的抗性（Seifi等人，2013）。此外，在向日葵中，谷氨酸盐储存的消耗被假设为针对灰葡萄孢菌的防御策略（Dulermo等，2009）。

在本研究中，用比较二维（2-D）凝胶电泳蛋白质组学方法来研究番茄茎的分泌组织，接种两个具有不同侵略水平的菌株，RsM（温和）和RsH（高）的青枯菌分离株。共鉴定出60个差异丰富的蛋白质点。初步结果表明，蛋氨酸循环（MTC）和gamma;-氨基丁酸（GABA）生物合成途径都广泛参与植物 - 病原体相互作用。为了证实这些结果，进行转录组学分析以研究MTC和GABA生物合成途径的丰度。随后，使用病毒诱导的基因沉默（VIGS）进一步对MTC相关基因SAMS2，SAHH1，MS1和GABA生物合成相关基因GAD2和SSADH1进行功能分析。结果表明，番茄中SAHH1，MS1和GAD2的沉默导致对青枯菌的抗性降低。总体而言，我们的结果进一步阐明了对抗性和易感番茄植株中番茄 - 病原体的相互作用，这有助于开发有效管理高度侵袭性青枯菌分离株的策略。

1. 不同侵染性能的青枯菌RSM和RSH侵染番茄后的差异

本研究从广州（亚热带气候，中国南方）番茄枯萎枝条中分离到两种青枯病菌株rsm和rsh，rsh的毒力高于rsm（王等，2018）。在0.5、1、3、5、7、9天，对接种RSM和RSH的夏威夷7996的病原菌群进行了监测。RSM和RSH在接种后12小时内没有明显差异。在侵染一天后，番茄植株中RSM的数量比RsH低。RSM在侵染9天时，致病菌种群明显低于RsH(图1A)。另一方面，接种水的番茄植株(模拟控制)直到9天的时候才出现变化。 随后，对3个番茄品种夏威夷7996、M82和中农4号(ZN4)进行了侵略R.solanacearum菌株RSH的接种试验。番茄品种夏威夷7996已被证明对多个番茄青枯病表现出稳定的抗性，而ZN4和M82是两个中等敏感的抗性材料。与夏威夷7996相比，M82在RsH感染后表现出更高的易感性和明显的症状（图1BC）。

如图1B所示，在5dpi时，在M82中观察到严重的枯萎症状，而在夏威夷7996中，未检测到2至dpi的疾病比率（图1B）;夏威夷7996在7 dpi观察到枯萎症状增加（图1C）。此外，在Hawaii7996和ZN4中记录了9和14dpi的枯萎病发病率（WI）和疾病指数（DI）。在9 dpi时，接种RsM和RsH的夏威夷7996和ZN4的种群存在显着差异，接种RsH的ZN4表现出强烈的易感性（WI = 83.3％，DI = 60.42，表1A），而夏威夷7996接种了与RsM相比，这两种菌株对RsH表现出更高的抗性（表1A）。在14dpi时，接种RsM和RsH的ZN4分别显示WI为95.83％和91.67％（表1B，图S1），而夏威夷7996在9dpi时显示出显着不同的应答（表1B，图S1） 。总的来说，这些结果表明RsM和RsH影响疾病程度不同，与夏威夷7996相比，ZN4对青枯菌感染更敏感。

2. RSM和RSH接种番茄植株后蛋白质组分析

为了更好地理解番茄与番茄相互作用的机制，寻找致病的潜在蛋白质，利用蛋白质组学方法对番茄进行了鉴定。接种RSM和RSH后，番茄中蛋白质含量差异显著。植物茎是病原传播的通道，被认为是植物与病原相互作用分析的重要场所。在接种RSM、RSH和水(模拟对照)三天后从夏威夷7996茎中提取了总蛋白。在pH4-7和相对分子质量10-100kDa的范围内，每个2D凝胶中约有550~600个蛋白质斑点。共有60个高度可重复的蛋白质斑点被识别。表示为差异丰富(图2)。根据蛋白质在不同样本中的丰度，将这些蛋白质分为五大类。根据蛋白质在不同样品中的丰度，将这些蛋白质分为五大簇。簇1代表在用RsM和RsH接种后表现出更丰富的n的差异蛋白质;该组中有9种蛋白质被分类，包括谷胱甘肽S-转移酶（斑点B01），苹果酸脱氢酶（斑点B08），腺苷激酶（斑点B18）等。簇2表示当用RsH和对照接种植物时仅用RsH接种植物时蛋白质的差异丰度，总计该组中有8种蛋白质，包括胞质NADP-苹果酸酶（斑点B05），热休克蛋白70（斑点B14），谷胱甘肽S-转移酶（斑点B19）等。簇3代表植物中接种的丰富蛋白质RsM与接种RsH和对照的植物相比，包括核糖体相关蛋白（斑点B20），S-adenosylmethionine合酶（斑点C07，C09）和ATP合酶alpha;亚基（斑点P29）等。簇4和5代表接种后较少的蛋白质分别用RsH和RsM表示。共有15个（第4组）和20个（第5组）蛋白质被分类在这两组中，包括Sadeno sylmethionine synthase（spot C01），S-adenosylmethionine synthase（spot C04，C05，C12），caffeic acid O-methyltransferase （斑点C08）和蛋氨酸合酶（斑点P01，P02，P04）等。秘密蛋白质斑点的详细信息列于表2中。所有已鉴定的蛋白质按分子功能分为六类：转运体活性(5.1%)、转移酶活性(17.8%)、结构分子活性(11%)。蛋白质结合(16.9%)、水解酶活性(13.6%)和核苷酸结合(35.6%) 。分层聚类分析显示，在差异丰度蛋白质中，大多数蛋白质在接种RsM后表现出更丰富（图S3）。

3. MTC和GABA生物合成广泛地参与了番茄与番茄的互作。

值得注意的是，S-Adenosyl-L-同型半胱氨酸水解酶(SAHH、SPOT P12和P15)是蛋氨酸循环(MTC)的关键酶，在接种RSH和RSM后都能很好地诱导其高表达。有趣的是，另外两种MTC相关蛋白，即MS和SAMS，也表现出明显的差异表达。接种RSH后，SAMS（(spot C01, C04, C05, C07, C09, C12）表达下调，而接种RSM后，MS（(spot P01, P02, P04, P07）表达上调。SAHH、SAMS和MS是MTC中的关键酶，考虑到这三种基因在MTC中的作用，推测MTC在番茄与番茄的互作过程中被强烈诱导。此外，还观察到GABA相关蛋白在接种青枯病菌后表现出差异表达。例如，GAD（斑点p14），一种催化谷氨酸转化为GABA的关键酶，在植物RSH感染后显著下调。因此，基于蛋白质组学分析，我们推测MTC和GABA合成酶参与了番茄与番茄的相互作用。

4接种RSH的番茄植株的转录组测序表明，有许多途径受到激活。

青枯病菌是一种土壤传播的病菌，通过根部的伤口侵入植物。因此，根部是第一个检测和对抗青枯病菌的地方，随后病原菌进入茎中的木质部，然后植物发生塌陷，导致典型的萎蔫症状，随后植物

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