Bitki enfeksiyonunda gizli bir silah: Oomycetes, bitki bağışıklığından kaçınmak için karbonhidrat oksidasyonunu nasıl kullanır

Birisi size ninjaların ve su kalıplarının ortak bir yanı olduğunu söylerse ne düşünürdünüz? Kulağa çok zor olabilir, ancak doktora projem sırasında çalışmalarımızı bir araya getirirken aklımda koşmaya devam eden bir fikir.

Böyle bir fikre ulaşma yolculuğu 2021'de başladı ve doktora amirim Prof. Maher Abou Hachem (DTU, Danimarka) tarafından temel çalışmalara dayanıyor. Kıdemli bilim adamı Jean-Guy Berrin (Inrae, Fransa) ile işbirliği, tahıl patojeninden tuhaf bir fad-bağımlı oligosakkarit-oksitleyici enzimin keşfedilmesine yol açtı. Fusarium GraminearumYardımcı Etkinlik Ailesi 7 (AA7) altında CAZY veritabanında sınıflandırılmıştır.¹. Eşsiz yapısı ve aktivite profili, lignoselülozik atık biyokonversiyonu için önemli biyoteknolojik potansiyele sahiptir ve bu enzim ailesine olan ilgiyi arttırır. Yine de daha geniş bir soru bizi şaşırttı – endüstriyel alaka düzeylerinin ötesinde, AA7 enzimleri neden kötü bitki patojenik su kalıplarında göze çarpan bir şekilde ortaya çıkarken mantarlar arasında bu kadar yaygın olarak ifade ediliyor gibi görünüyor?

Bu nedenle, doktora derecemin başlangıcında, daha önce bildirilen enzimimizi barındıran AA7 klonunu keşfetmeye başladık. F. Graminearum¹. İlginç bir şekilde, tüm bu klon ilgi çekici özelliklerle parlıyordu. En önemlisi, sayısız mantar bitki-patojen enziminin yanı sıra, 18'de zenginleştirilmiş oomycota dizilerinin atipik bir dalını belirledik. Fitophthora türler. Bu neden heyecan vericiydi? Oomycota, en yıkıcı bitki patojenlerinden bazılarını içeren farklı bir su kalıp filumudur – özellikle de Fitophthora cins². Bu patojenler büyük İrlandalı kıtlığa neden olduğu için ünlüdür² ve dünya çapında büyük mahsul kayıpları vermeye devam etmek için³. Bu göze çarpan korunma Fitophthora Kötü şöhretli mantar bitkisi patojenleriyle aynı klan içindeki AA7 dizileri, önemli bir biyolojik rolü ima eden merakımız için bir mıknatısdı.

Bu nedenle, dört mantar temsilcisinin yanı sıra, Phytophthora Sojae Daha fazla biyokimyasal karakterizasyon için. Neden P. SoJae? Çünkü, dünya çapında yıllık tahmini 2 milyar dolarlık kayıptan sorumlu yıkıcı bir soya patojeni olmanın ötesinde, Fitophthora biyoloji⁴. NMR uzmanı Prof. Sebastian Meier (DTU, Danimarka) ve Inrae (Fransa) işbirlikçilerimizin desteğiyle, bu yeni AA7 enzimlerinin derinlemesine karakterizasyonunu sağladık. Paralel olarak, Prof. Jens Preben Morth (DTU, Danimarka) ile işbirliği ve laboratuvarımızda eski postdoc'un çalışması Dr. Sanchari Banerjee (DTU, Danimarka), biri de dahil olmak üzere iki AA7 enziminin kristal yapılarını çözdük. P. SoJae. Bu disiplinler arası çalışma, bu AA7 klonunun benzersizliğini güçlendirdi ve ilk kez 6-S-Sisteinil-FAD Mimarisi. Başlangıçta, galakturonik asidi oksitleyebilen ilk salgılanan mikrobiyal soluk bağımlı enzimleri keşfettiğimiz için mutluyduk. Ama gerçek heyecan, olduğunu gösterdiğimizde ortaya çıktı. Fitophthora Enzimler, bitki hücrelerini birbirine katan orta lamelin ana bileşeni olan pektinden türetilen oligogalakturonidleri (OGS) benzersiz bir şekilde oksidize edebildi. Bu enzimlerin 16 birim galakturonik asitten oluşan OG'lerde aktif olduğunu gösterdik. Bazı okuyucular 'Büyük anlaşma!' Diyebilir. Bununla birlikte, heyecanımız bu büyüklükteki OGS'nin bilinen güçlü elisitör aktivitesi tarafından teşvik edildi. Örneğin, patojen invazyonu sırasında pektin bozulması ile salınan OG'ler, bitki reseptörleri tarafından, bitki devam eden patojen saldırısına karşı uyaran hasarla ilişkili moleküler paternler (neme) olarak tespit edilir.⁵. Bu, bitkilerin uyarlanabilir bağışıklıktan yoksun olduğu ve bunun yerine tehlike sinyallerini tespit etmek ve bunlara yanıt vermek için bir 'nöbetçi' sistemine güvendiği göz önüne alındığında, bu önemli bir savunma mekanizmasıdır. Dr. Jean-Guy Berrin ile görüşmeler yoluyla, Fitophthora Uzman Prof. Suomeng Dong (Nanjing Tarım Üniversitesi, Çin). Ekibi ile, farklı enfeksiyon aşamalarında pektin aktif enzimlerin (pektinozom) ekspresyonunu haritaladık. Çarpıcı bir şekilde, yeni keşfedilen OG oksidazlarımızı kodlayan farklı genler, erken enfeksiyon sırasında pektin homogalakturonanın bozulmasını sağlayan meslektaşlarla yüksek oranda eksprese edildi ve erken enfeksiyon aşamalarında önemli bir rol oynadı. Prof. Dong ekibi, (KO) tek OG oksidaz genlerini nakavt etmek için son teknoloji CRISPR tabanlı teknolojilerini kullanarak önemli deneyler gerçekleştirdi. KO suşlarının fenotipi, bir soya fasulyesi enfeksiyon modelinde değerlendirildi ve patojen yükünde önemli bir azalma gösterdi. Bu bulgular, enfeksiyon sırasında erken evre ekspresyonu ile birleştiğinde, OG oksidazların enfekte olmuş bitkiler tarafından OG'lerin tanınmasını bozduğunu hipotezlememize neden oldu. OGS'yi oksitleyerek, P. SoJae OG aracılı bağışıklık tepkilerini devre dışı bırakarak ve böylece daha verimli bir enfeksiyonu kolaylaştırarak tesisin erken uyarı sistemini bozar, etkili bir şekilde 'kör eder'. Bu, bir ninja filminden gizli bir manevra gibi gelmiyor mu?

Anlayışımızı derinleştirmenin ötesinde Fitophthora Enfeksiyon stratejileri, bu son derece disiplinler arası çalışma, bir in vivo AA7 enzimleri için rol. Nihayetinde, bu keşif sadece bitki-patojen virülans mekanizmaları anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda gözlerimizi yeni bir virülans stratejisine de açar. Daha fazla çalışma, mahsul koruması için yenilikçi yaklaşımların kilidini açmaya söz vermektedir.

Referanslar.

1. Haddad Momeni, M. ve ark. Daha önce bilinmeyen substratlar, redoks-aktivite profilleri ve LPMO'larla etkileşim ile fungal oligosakkarit-oksitleyici flavo-enzimlerin keşfi. Nat Commun 122132 (2021).
2. Brasier, C., Scanu, B., Cooke, D. & Jung, T. Phytophthora: Koruma ihtiyacı olan eski, tarihi, biyolojik ve yapısal olarak uyumlu ve evrimsel olarak başarılı bir jenerik kavram. Ima mantar 1312 (2022).
3. Fones, hn ve ark. Ortaya çıkan mantar ve oomycete mahsul patojenlerinden küresel gıda güvenliğine yönelik tehditler. Nat Food 1332–342 (2020).
4. Tyler, BM Phytophthora Sojae: soya fasulyesi ve model oomycete kök çürük patojeni. Moleküler bitki patolojisi 81–8 (2007).
5. Pontiggia, D., Benedetti, M., Costantini, S., De Lorenzo, G. & Cervone, F. Damaları nemlendirme: bitkilerin hücre duvarı moleküler desenlerinin homeostazını nasıl koruduğu ve hiper-bağışıklıktan nasıl kaçınması. Ön. Bitki Sci. 11613259 (2020).