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PNAS | 新发现:外生菌根菌 Pisolithus microcarpus 可通

发布时间:2022-01-18 08:58 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

      外生菌根菌(ECM)是真菌与高等植物的根部形成的菌根复合体,宿主和菌根菌的代谢产物通过根皮层细胞间形成菌丝网(哈氏网)进行双向转运。我国有外生菌根的主要树木有栎、松、柳、椴、枫、胡桃及桦科等;菌根真菌中有许多是珍贵的食用菌,如:牛肝菌,松茸(松口蘑),松乳菇等经常出现于松林及云杉林。植物基因组编码数百个与防御病原体所必须的检测、信号通路和免疫反应相关基因。同时病原体也不断进化以逃避这些防御系统,已有研究表明sRNA介导的基因表达调控,例如microRNA(miRNA),是病原体用来克服植物防御反应和促进菌根共生的一种机制。近日澳大利亚西悉尼大学霍克斯伯里环境研究所Jonathan M. Plett团队联合美国能源部联合基因组研究所以及法国国家农业、食品和环境研究所(INRAE)等多个国际知名实验室在PNAS上发表了题为The ectomycorrhizal fungus Pisolithus microcarpus encodes a microRNA involved in cross-kingdom gene silencing during symbiosis的文章,使用sRNA测序数据和原位miRNA检测技术发现一种新的真菌 miRNA Pmic_miR-8,在与P. microcarpus相互作用后被转运到桉树E. grandis根中,破坏宿主信号传导以稳定共生相互作用。
     非编码小 RNA (sRNA) 通过高度特异性的方式来调控基因表达并调节生物体中多种重要的生物过程。它们的长度很短(通常为 20 到 30 个核苷酸),通过碱基互补配对靶向信使 RNA,参与转录后基因沉默和翻译基因沉默调控蛋白质合成。在特殊情况下,它们还可以激活基因表达。在不同类别的 sRNA 中,microRNA (miRNA) 是特征最明确的一类。miRNA 前体通过形成自我互补的发夹状茎环结构(70 到 200 个核苷酸)然后被 DICER-like (DCL) 蛋白 切成短而成熟的 miRNA ,与 ARGONAUT 蛋白 AGO1 一起加入 RNA 诱导的沉默复合物中,干扰其靶基因的表达。
     非编码小 RNA (sRNA) 通过高度特异性的方式来调控基因表达并调节生物体中多种重要的生物过程。它们的长度很短(通常为 20 到 30 个核苷酸),通过碱基互补配对靶向信使 RNA,参与转录后基因沉默和翻译基因沉默调控蛋白质合成。在特殊情况下,它们还可以激活基因表达。在不同类别的 sRNA 中,microRNA (miRNA) 是特征最明确的一类。miRNA 前体通过形成自我互补的发夹状茎环结构(70 到 200 个核苷酸)然后被 DICER-like (DCL) 蛋白 切成短而成熟的 miRNA ,与 ARGONAUT 蛋白 AGO1 一起加入 RNA 诱导的沉默复合物中,干扰其靶基因的表达。

1 P. microcarpus miRNA 在与E. grandis根的ECM 共生发展过程中受到不同的调节

      为进一步探究Pmic_miR-8在定殖期间对 ECM 真菌 - 根相互作用的影响,作者合成了四种 sRNA,并通过两种不同方式在体外人工调节Pmic_miR-8的水平:1) 双链 (ds) 和单链成熟的 Pmic_miR-8 RNA 用于提高该 miRNA 的总体水平,2) 反义 (as) Pmic_miR-8与 Zen 修饰 ( asZEN ) 用于“抑制”成熟Pmic_miR-8的作用,通过将成熟的 miRNA 锁定为 ds 形式,无法加载到 ARGONAUT 复合物中(图2 A)。所有对照处理以及补充 ss Pmic_miR-8或 ds Pmic_miR-8 均导致菌根根尖的正常形成(图2B)。然而,用asZen或asBulge抑制剂处理后,在 > 20% 的根中最初形成真菌地幔后导致根的再生,推测该结构是衰老的菌根根尖。


2 真菌 miRNA Pmic_miR-8稳定 ECM 定殖

      同时作者对P. microcarpus不同合成 sRNA 处理的根质外体空间的向内生长进行显微分析(“哈氏网”的形成)。发现没有任何处理能够持续阻止P. microcarpus向根质外体空间内部生长(图 3 B - H)。然而,补充Pmic_miR-8与对照处理的组织相比,哈氏网净深度显着增加(图 3 I)。相反,对Pmic_miR-8的抑制导致根中哈氏网的发育明显较差(图 3 I)。

3 Pmic _ miR-8的补充和破坏改变了真菌进入菌根的质外体空间的生长和宿主基因的表达

      为了阐明Pmic_miR-8靶向的寄主植物中调控路径,作者使用基于序列互补性和相关性分析的靶点预测,找到了E. grandis基因组上的七个基因作为Pmic_miR-8的潜在靶点,与拟南芥中DNA 核酸内切酶、蛋白激酶和含 NB-ARC的蛋白质相关的基因直系同源。ECM 真菌和植物之间的相互作用需要信号化合物之间的复杂组合,包括代谢物和蛋白质效应物。该研究通过证明 ECM 真菌可以通过 sRNA 的转移来调节宿主功能来增加这一知识体系。将P. microcarpus的 miRNA与 ECM 真菌的其他物种/进化谱系进行比较以识别 ECM 共生所必需的关键 miRNA 可做为一种研究方法。microRNAs对微生物和植物之间的相互关系具有重大影响。

原文链接:

https://www.pnas.org/content/119/3/e2103527119
本文来源于微信公众号:
植物生物技术Pbj

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