丛枝菌根中的真菌脂质几丁寡糖共生信号

Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Page,*,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Fungal lipochitooligosaccharide symbiotic,signals in arbuscular mycorrhiza,（丛枝菌根中的真菌脂质几丁寡糖共生信号）,期刊介绍,NATURE卷:469 期:7328 页:58-U1501,DOI:10.1038/nature09622,出版年:JAN 6 2011,出版商,NATURE PUBLISHING GROUP,MACMILLAN BUILDING,4 CRINAN ST,LONDON N1 9XW,ENGLAND,研究方向,:Science&Technology-Other Topics,类别,:Multidisciplinary Sciences,文献类型,:Article,语种,:English,入藏号:,WOS:000285921600030,PubMed ID:21209659,ISSN:0028-0836,背景介绍,丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM),真菌是一类古老的微生物,其与植物共生的历史可追溯到4.6亿年前。,AM,是陆生生物与古门球囊菌门真菌之间的一种根内共生。,与AM真菌共生能促进植物水分、养分的吸收,增强植物对生物及非生物胁迫的抗性;作为回报,共生植物反馈AM真菌碳水化合物,以帮助真菌完成生活史。,人们对AM真菌与植物共生关系的研究已跨越百年。目前,绝大多数研究集中于共生关系形成之后,而调控植物与真菌共生关系形成的相关信号物质研究较少。,最近有证据表明,AM,真菌能产生一些可扩散的信号。,本文将说明Glomus intraradices（丛枝菌根真菌）能分泌使生成,AM,的混合的硫酸盐和非硫酸盐的lipochitooligosaccharides(,LCOs,脂质几丁寡糖)生物共生信号。,而在豆科Medicago truncatula（苜蓿）植物中，这些信号能通过,DMI,信号通路刺激根系的生长和分支化。,背景介绍,实验对象,1.,活性确定对象：,a:,the Vicia sativa root-hair,branching assay(,VsHab,豌豆根毛分支法),它能检测不同类型的非硫酸盐化的,LCOs,。,b,：包含早期节瘤基因MtENOD11启动因子区域和,GUS,受体基因的,Medicago truncatula（苜蓿）转基因株(,ENOD11法,)。它能检测不同类型的硫酸盐化,LCOs.,c:,Medicago truncatula分支根系，用于,Myc,信号的检测。,2.,分离对象：,a,：,G.intraradices侵染的胡萝卜根的无菌分泌物,b,；无,AM,菌感染的胡萝卜根无菌分泌物,c:,G.intraradices的发芽孢子提取物（,GSE,）,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,用正丁醇和乙酸乙酯对G.intraradices侵染的,胡萝卜根的无菌分泌物,进行提取。,提取物用,HPLC,初步分离。分离物中,部分,A,（,F4,、,F5,）,（,40%,乙腈洗脱得到）检测到对,ENOD11,有生物活性，,部分,B,（,F9,、,F10,）,（,60%,乙腈洗脱得到）检测到对,VsHab,有生物活性。,并且,2,个部分,都能促进苜蓿根的分支化，说明,AM,真菌,能分泌可传播的因子。,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,将部分,A,、,B,做UPLC/Q-ToF MS谱。,部分,A,在负离子电喷雾模式下，有,12,个硫酸盐化,LCOs,的分子离子拥有m/z 值，其中,6,个分子离子（m/z 值为 1,105.5,1,103.5,1,101.5,1,133.5,1,131.5,1,129.5）对应于硫酸盐化的四聚体LCOs(LCO-IV,S)，被拥有,0,、,1,、,2,个不保护度的,C16,或,C18,脂肪酸链,N-,酰化。另外,6,个分子离子,（m/z 值为1,308.6,1,306.6,1,304.6,1,336.6,1,334.6 and 1,332.6)对应于硫酸盐化的五聚体LCOs(LCO-IV,S)被同样的酰基链酰化。,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,为确定这些分子离子结构所做的,UPLC/Q-ToF MS谱。得到了,LOCs,的代表性片段。,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,部分,B,在正离子模式下，检测到非硫酸盐化的LCO-IV(C16:0)和 LCO-IV(C18:1)。,在,F1,到,F3,中，我们没有检测到亲水性的,LOCs,在,F6,到,F8,中，也没有检测到疏水性的,LOCs,。,所以在菌根根中存在分泌物中存在硫酸盐化与非硫酸盐化的,LCOs,混合样品,。,在同样培养条件下的无,AM,菌感染的胡萝卜根无菌分泌物（,GSE,）中，通过高敏感性的,LC/Q-Trap,分析，没有检测到,LOCs,，支持了是,AM,菌分泌的,LOCs,这一推论。,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,为了证明这一点，也对G.intraradices的发芽孢子提取物进行了分析。它的丁醇提取物能够导致苜蓿根的分支化。提取物通过 LC/Q-Trap,MRM,模式分析,在部分,B,中，,MRM的痕迹，LCO,-,IV的特性（C18：1（1,053.426，1,053.629，1,053.832;图2c）和LIV（C16：0）（1,027.400，1,027.603，1,027.806，数据未显示）,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,部分,A,也进行了相似的检测。检测到了硫酸盐化的,LCOs.,GSE,中成分,HPLC,的保留时间和观测到的,MRM,痕迹能够对应于根据已在菌根分泌物中证明存在的,LCOs,所合成的,Myc-LCOs,。,实验部分,G.intraradices,分泌,LCOs,棕榈酸（C16：0）和C18：1脂肪酸是,AM,菌的,LCOs,的主要,N-,酰基取代。为了确定,C18：1取代基的结构，,GSE,中部分,B,的水解所得脂肪酸经行气质联用分析。并与合成的商业对照品经行保留时间和图谱的比较。,实验部分,Myc-LCOs,刺激,AM,的合成,M.truncatula 幼苗在,1:1,的,硫酸化和非硫酸化(Syn)Myc-LCOs(10 nM)凝胶斜面的生长管中培养。并将之接种G.intraradices孢子。,每株植物感染单位的数量（含有分离区域丛枝和内部菌丝网络，图4a）,Myc-LCOs处理后根的长度和每平方厘米感染密度都大大增加。,实验部分,Myc-LCOs,刺激,AM,的合成,我们检查了,Myc-LOCs,是否能够刺激M.truncatula genes，其中涉及一些早期的相互作用。通过豆科模型根部转录分析可以确定被,AM,菌感染或存在真菌可扩散因子后，上百个基因得到了上调。在这些基因中，选择了,10,个。定量PCR反向转录显示，在10个测试基因中，用(Syn)Myc-LCO处理后，,4,个基因DMI,3,依赖性的上调了。,这又是一项证明在,AM,真菌共生中，一些分子充当了信号。,实验部分,Myc-LCOs,刺激,AM,的合成,我们测试的Myc-LCO,s,在非豆科植物万寿菊孔雀草（菊科）和胡萝卜（伞形科）上的影响。对于孔雀草，植株用,!:1,的硫酸盐化和非硫酸盐化的(Syn)Myc-LCOs处理。发现它感染数量和每株感染单位。,当植株用纯的硫酸盐化或非硫酸盐化或,1:1,混合的处理植株，结果用混合处理的根定植率加倍了(,+,104%)，而纯度非硫酸盐化和纯的硫酸盐化分别只增加了,75%,和,42%,。,实验部分,Myc-LCOs,刺激,AM,的合成,AM,真菌在根的转化培养中能形成菌根。为了测试Myc-LCOs是否能够刺激切离的胡萝卜根进行根菌化，我们用根瘤菌突变体所产生的,1:1,混合的硫酸盐化与非硫酸盐化的(Rhi)Myc-LCO类似物。这些化合物掺入培养基中使得定植率极大增加(,+,68%)。而合成的,1:1,混合的硫酸盐化与非硫酸盐化(Syn)Myc-LCOs增加了,20%,。,因此，根部响应这些,Myc,信号并不需要地上部分的存在。,对于这,3,种植物来说，包括豆科和非豆科，合成的,(Syn)Myc-LCOs都能够是,AM,生成，可能是通过刺激根的分支化和感染密度。,这又是一有力证据证明我们确认的,Myc-LCO,s,是真实的菌根信号,。,实验部分,Myc-LCOs,刺激根分支化,在M.truncatula中，,AM,真菌分泌一些能刺激根分支化的可扩散的化合物。这种响应可以在基因水平上进行剖析。在,HPLC,的部分,A,与部分,B,中，有硫酸盐与非硫酸盐的,LCOs,这些能够引起root-branching stimulation(RBS)。,为了确定这是否归因于,LCOs,并且不污染真菌化合物。我们分别测试了硫酸盐化或非硫酸盐化的(Syn)Myc-LCOs或它们,1:1,的混合物在浓度范围为 10 pM 到,10nM 时对,M.truncatula幼苗的影响。,实验部分,Myc-LCOs,刺激根分支化,非硫酸盐化的(Syn)Myc-LCOs在小于,10nM,的浓度可以引起,RBS,，而硫酸盐化的,(Syn)Myc-LCOs和混合的,(Syn)Myc-LCOs在小于,0.1nM,的浓度即可引起,RBS,，有的实验甚至小于,0.01,即可。硫酸盐化和非硫酸盐化的,Myc-LCOs均有生理活性，但硫酸盐化的活性大约高,100,倍。,实验部分,Myc-LCOs,刺激根分支化,在M.truncatula中确定的共生信号通路包括：结瘤,感知,因子,(NFP and LYK3),的基因编码、钙信号,(DMI1,DMI2 and DMI3),的基因编码、特异性结瘤转录因子,(NSP1 and NSP2),。,这些基因都是nodulation（结瘤）所必须的，DMI1,DMI2 and DMI3 还是mycorrhization（菌根化）所必须的基因。除了刺激通过 S.meliloti（根瘤菌）结瘤因子引起,RBS,的,LYK3,基因。,而硫酸盐化的 Myc-LCOs与S.meliloti（根瘤菌）结瘤因子有相似的结构。它引起,RBS,可能是通过结瘤信号通路：为了避免Nod和Myc通路可能交叉，我们首先测试了硫酸盐化的,Myc-LCOs（,at 10nM).,实验部分,Myc-LCOs,刺激根分支化,RBS,响应依赖于,3,个,DMI,基因。而响应独立于,NSP1,基因，这表明,非硫酸盐化的Myc-LCOs不会通过结瘤通路触发,RBS,。而响应依赖于,NSP2.,因此,我们重新,定量,评估了Myc基因,在,菌根形成的初期阶段,表型,。,nsp2-2突变株显示出比野生型植物高度显著降低41定植水平。说明,NSP2,基因在,Myc,信号化中。,这表明非硫酸盐化的,Myc-LCOs是通过,Myc,信号通路来引发,RBS,的,。,实验部分,Myc-LCOs,刺激根分支化,从农学的角度看，调查,Myc-LCOs在植物根的整个成长过程中的影响是比较重要的。为了避免由于路径串扰而可能出现的偏差。,讨论,可扩散的,Myc,信号结构的发现是在我们对植物根内共生理解的一个里程碑。并