卵菌纲致病效应子

1、植物病原卵菌纲的 RXLR 效应子 卵菌纲生物是一个系统发育不同的组，其中包括一些最具破坏性的植物病原物。 最近的 4 个卵菌无毒基因的特性发现具有普通的模块化结构编码效应子蛋白，包 括一个N-末端的保守RXLR基序列。在较近期的科研支持下，一些证据表明这些 AVR 蛋白质是由病原体分泌的，然后在侵染过程中易位到宿主细胞。除了阐明宿 主细胞机械运输所需的，今后的工作仍然确定无数的卵菌 RXLR 的效应子蛋白的 毒力功能。引言 植物原核和真核病原体在寄主不同的细胞区室分泌效应子蛋白，以调节植物的防 御机制，使它们能够寄生并繁殖1-4。例如植物与微生物相互作用的研究是解 开效应子分子功能的一种致病

2、性机制的核心认识。事实上，在阐明细菌效应子的 毒力功能已取得重要的进展2，和与真核植物病原体研究进展迅速，以及最近 确定的亚麻锈病和大麦的白粉病菌效应子5-7，卵菌疫和Hyaloperonospora8， 9， 10， 11，以及根结的线虫12,13。 卵菌纲形成了一个独特的真核微生物群，其中包括一些最臭名昭著的植物病原体 14。卵菌效应子一些方面的研究在近几年加速，原因是丰富的基因组资源。卵 菌纲，现在分泌的上百种效应子蛋白针对寄主植物两个不同的位点1,3,15。质 外体效应子被分泌到植物细胞外的空间，而细胞质效应子易位到植物细胞，在那 里它们针对不同亚细胞1,3。一些质外体效应子通过抑制宿

3、主酶进行反防御， 如蛋白酶和葡聚糖酶，即病原体侵染的积累效应16 18。与此相反，细胞质效 应子的生化活动仍知之甚少。卵菌细胞质效应子已发现通过他们的无毒（AVR） 功能被发现，那就是，他们有能力引发宿主细胞过敏性坏死与相应的疾病的细胞 抗病（R）的基因8,9,10, 11，但它们缺乏同源的抗病基因的植物仍是未知3。 本文总结了近年来的研究发现 RXLR 类卵菌细胞质效应子的结构和功能1,3。这 些效应子在宿主细胞内的功能由一个高度保守的区域，并且其特征在于定义的不 变性序列RXLR。这个评论将覆盖RXLR效应子研究两大主题：运输和毒力功能。 RXLR 序列定义为卵菌无毒蛋白的一个保守结构域在

4、过去的三年已经描述了 4个卵菌致毒基因：ATRlNdW和来自霜霉病的ATR13 8,10，大豆疫霉菌Avrlb-1 11和马铃薯晚疫病菌Avr3 8，9，10，11。所 有四个毒蛋白的N-末端60个氨基内包含分泌肽的信号和一个保守RXLR结构域, 两侧是咼频率的酸性的（D / E）残基（图1）。signal peptidetargeTtngsignal peptidetargeTtng（一） 细胞质 RXLR 的效应子的域名组织Hyaloperonsopora 疫病 ATRINdWsB 和 ATR13，大豆疫霉菌 Avrlb-1,和马 铃薯晚疫病菌AVR3a的原理图。根据序列的数字表明氨基酸的

5、位置。突出 显示RXLR域包括RXLR的序列本身和下游dEER序列。灰色箭头区分涉及 效应子活性的分泌和目标效应子蛋白质的区域。（二）卵菌纲RXLR形状 和恶性疟原虫的 HT / PEXEL 的形状之间的存在相似。来自马铃薯晚疫病 菌和恶性疟原虫的效应子蛋白序列标志24。卵菌纲RXLR蛋白与宿主细胞蛋白的相互作用有趣的是，这四个毒目标的R蛋白属于细胞内的NBS-LRR类（核苷酸结合位点和 富含亮氨酸重复域）蛋白19 21。这些R蛋白质在细胞内的位置显示，这些无 毒的蛋白质在植物细胞质内被检测到8,9, 1 0 。与此相一致想法， AVR3aKI，ATR1NdWs，B ATR13 直接表现在植物

6、上不需要信号肽序列触发超敏反应8,9,10。疫霉菌 RXLR 结构域在疟原虫内介导宿主靶标 卵菌 RXLR 序列和宿主蛋白质从疟疾寄生虫（疟原虫）移位到宿主的红血细胞所 需的定位信号（HT/ PEXEL基序）22,23的位置是相似的。这一发现来自疫霉 属和疟原虫宿主目标蛋白要求有检查保存功能共享位置性保守序列。巴塔查尔吉 等，24证明该 RXLR 前导序列的马铃薯晚疫病菌 Avr3a 和另一名候选人的效应 子足以从该恶性疟原虫寄生虫介导的宿主红血细胞（红细胞）（图 2）中调控导 出的绿色荧光蛋白（GFP）。突变在RXLR共识取消了导出。与观察到的侧翼施力 的 RXLR 的基序（参见上述），的上

7、游和下游区域的宿主定位所需的 RXLR 基序具 有一致序列，从而限定一个 ca.30 个氨基酸的目标域。总之，这些研究结果表明， 植物和动物真核病原体使用类似的靶向效应子信号进入宿主细胞24。然而，目 前还不清楚这个功能相似是否能反映这些不同的真核生物之间的运输机制保守 性（下文对这个话题作进一步讨论）。马铃薯晚疫病菌AVR3aRXLR前导区介导的绿色荧光蛋白（GFP）的出口恶性疟原 虫的寄生虫宿主红细胞。表达野生型或突变 RXLR 区域 AVR3a 稠合到一个恶性疟 原虫信号肽（残基21-69）的红细胞GFP。组件（ii）及（v）表示的荧光图像中，（i）及（iv）的明视野图像，和（iii ）

8、及（引）合并后的图像。寄生虫（P）, 红细胞（E），赫司特染细胞核（蓝色），比例尺为2毫米。24。疫霉宿主细胞靶标需要 RXLR 域 最近的证据表明，针对这些卵菌纲效应子宿主植物细胞 RXLR 基序确实是需要的。 最近发现马铃薯晚疫病菌 Avr3a 和所需要的大豆疫霉 Avr1b-1 的 RXLR 序列授予 病原体时抗性植株表现无毒抗性，但不是在瞬时表达的。此外，具体地说由凸出 的吸器分泌的 Avr3a 荧光融合蛋白，可能在宿主细胞内积累。相反，一个突变的 RXLR体的融合蛋白在质外体空间积累。这些结果表明，在RXLR域指示的效应子 蛋白转运到植物宿主细胞中后，病原分泌的介导信号肽。效应子活动

9、不需要 RXLR现行的观点是卵菌RXLR效应子，类似于III型分泌系统的细菌效应子，模块化 地组织成蛋白质两个主要的功能域3(图1)。N-端结构域，包含信号肽和RXLR 片段的分泌和定位功能，而剩余的C-末端结构域具有效应子的活动。该模型预 测，效应子在宿主细胞内表达时不需要RXLR域。事实上，BOS等25最近发现, 基因突变的马铃薯晚疫病AVR3aKi的RXLR序列蛋白质在烟草叶上直接表达时不干 扰诱导R3A超敏反应。事实上，AVR3aKi的缺失分析表明C-末端75个氨基酸，不 包括RXLR地区，但包括两个多态氨基酸K80和I103突变的非功能性等位基因，当 在植物细胞内的直接表达时已无毒力

10、功能25。这些研究结果与N-末端区域的 卵菌 RXLR 的效应子是参与分泌和定位，但不是必需的效应子的活动这个观点是 一致的。C-端结构域的RXLR效应子通常受到正选择AVR蛋白质及其同源R蛋白之间的相互作用可以导致一个共同进化的军备竞赛 26。其结果，认可的 R 蛋白效应子域会根据选择多样化。考虑与效应子活性作 用的一致性，在C-末端区域的H.寄生ATR1和ATR13比信号肽和RXLR的区域有 较高水平的多态性，特别是非同义替换 8,10。此外，三分之二的三个多态两 者之间的Avr3a基因马铃薯晚疫病的残留物的C-末端的氨基酸80和103,分别 位于效应子结构域9。最近的全基因组分析 RXL

11、R 效应子表明，积极的选择在大 多数情况下的效应子结构域的C-末端而比信号肽和RXLR的区域更有针对性。综 上所述，非同义多态性优势的C-末端结构域的RXLR蛋白质与效应子活动的作用 是一致的，而保护的N-末端结构域是的蛋白质的定位与角色一致的。植物细胞中病原体缺乏的情况下 RXLR 效应子能否进入寄主？RXLR 蛋白对宿主细胞的运输机制进行编码，也可以由病原体，寄主，或两者兼 而有之。在我们对 AVR3aKI 的研究中，我们注意到在植物的全长蛋白的表达时导 致 R3a 依赖过敏性25。 Catanzariti 等5报道了与锈菌 AvrM 效应子相似的结 果。然而，这些实验中，没有特别的信息性

12、，因为它们可能同样的被解释(1) 分泌的效应子随后重新进入植物细胞，或(2)误定位的蛋白质，以完善的细胞 质途径通过逆行运输的27,28。Shan等11报道，浸润大豆疫霉Avr1b-1RXLR效应子，在毕赤酵母中表达，到 Rps1b 大豆叶片，导致细胞死亡。渗透蛋白质触发细胞死亡的能力通过其细胞内 的R蛋白，Rps1b，认为的病原体编码的机制和结构不需要宿主的(即吸器)细 胞运输。令人惊讶的是，重组的能力 Avr1b-1 可能通过输入触发细胞死亡未得到 有效利用植物细胞研究的贡献例如浸润的 RXLR 域的 Avr1b-1 的突变形式。这可 能解释这些实验的重复性差。事实上，在大肠杆菌中产生的重

13、组 Avr1b-1 的或昆 虫细胞中染 SfR 中产生的 ps1b 在大豆植株没有表现出任何生物活性。RXLR 效应子传递到寄主的模型 许多关键的问题是RXLR域如何在寄主定位的效应子功能。RXLR效应子的运输机 制是什么？是衍生从病原体或利用宿主的效应子交通运输系统？用于提供类似 机械卵菌纲和恶性效应子？尽管有这些持续存在的的问题，对一些合理的假设易 位过程可以进行。例如，它似乎明智的做法打破了运输过程中一分为二步骤24。 首先，反应器外的分泌病原体细胞通过分泌途径使用面内质网（ER）类型的信号 肽。然后在一个被输送的，分泌的效应子宿主来源的膜，最有可能的吸器膜，通 过RXLR领导。Bhat

14、tacharjee等人在GFP的实验24，个的突变RXLR序列结 构积累GFP在疟原虫外而不是在虫空泡内表明其主要功能的RXLR前导序列包括 跨越宿主的衍生膜运输。结构相似的其他蛋白运输系统的RXLR前导肽表明可比组件可能是RXLR效应子运 输需要的。在这里，在这些不同的可见的宿主蛋白质定位系统的基础上我们提出 效应子交付模型（图3中示出）29。我们假设宿主易位RXLR效应子涉及至少 一个RXLR前导序列结合蛋白，一个或多个附加分子伴侣，以及上的易位，它可 以是任一病原体或植物来源。它转运进入宿主细胞启动与成熟的RXLR结合蛋白 招收通过分泌途径分泌效应子。在协调效应子的货物伴侣，随后被转移到

15、吸器外 膜上嵌入易位，并在跨植物细胞膜进入细胞质后释放。伴侣保持转运效应子折叠 状态在中转易位之前和之后是非常重要的。在这一点上，这种模式是高度投机性，但此纲要提供了一个有用的发生器假说， 以帮助指导未来的研究。事实上，该模型表明直接的研究途径，揭示了易位过程， 例如，RXLR结合蛋白和效应子分子伴侣的识别。plant c-eII cytosolpathogen membrane - cell wallRXLR binding proteintranslocated effectorplant c-eII cytosolpathogen membrane - cell wallRXLR bin

16、ding proteintranslocated effectorRXLR domain signal peptideCurranl Opinion in Microbiolagy一个 RXLR 效应子进入宿主细胞的分泌和交付的假设模型（有关详细信息，参见 文字）。RXLR 效应子的毒力功能 虽然 RXLR 效应子对有同源 基因活性的植物品种上被确定无毒，想必这些效应 子感染敏感宿主时赋予了选择优势性的病原体。按照这个想法， Avr1b-1 在宿 主兼容过于表达了。不幸的是， RXLR 效应子的毒力功能在很大程度上还是未知。几个RXLR效应子拥有核定位信号（NLS）,这表明他们操纵宿主基因的表

17、达以确 保一个适当的侵染环境 3,30。博斯等人25,在努力分配AVR3a毒力相关函数时，发现AVR3aKI抑制过敏性 细胞死亡主要由INF1在本生P.马铃薯晚疫病菌的激发素诱导。引起细胞死亡的 AVR3aKI表现出一定程度的抑制活性特异性。AVR3aKI没有抑制 马铃薯晚疫病菌效应子引起的细胞死亡，如 PiNPP1CRN2 与 INF1 相比引起不同和 对立的细胞死亡信号途径31。生物学相关性， AVR3aKI 的活性可显著考虑， 抑制先天免疫力的活体营养病原体是一种普遍的功能效应子，特别是III型分泌 系统（TTSS）细菌性植物病原菌的效应子32。AVR3aKI可能干扰INF1或其他 身份不明的效应子的无毒活性，使用类似INF1的途径触发高灵敏度25。未来 研究来澄清这些问题，并确定抑制细胞死亡是RXLR效应子一种常见的功能。前景：太多的效应子，时间太少 考虑到基因组测序和注释五H.寄生卵菌纲的物种已接近尾声，P. ramorum，疫 病，晚疫病，大豆疫霉，我们正在迅速向全基因组收录RXLR效应子。它已经是 显而易见，植物病原卵菌分泌的RXLR效应子比预期的要复杂得多，也许几百个 致力于操纵宿主细胞的蛋白质3,15。泰勒等人15报导350 RXLR效应子在 P. ramorum 和大豆疫霉的每一个基因组中使用迭代相似性搜索。在我们自己的 实验