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Optimizing the PBS1 Decoy System to Confer Resistance to Potyvirus Infection in Arabidopsis and Soybean.
Molecular Plant-Microbe Interactions ( IF 3.5 ) Pub Date : 2020-06-02 , DOI: 10.1094/mpmi-07-19-0190-r
Sarah E Pottinger 1 , Aurelie Bak 2 , Alexandra Margets 1 , Matthew Helm 1, 3 , Lucas Tang 1 , Clare Casteel 2 , Roger W Innes 1
Affiliation  

The Arabidopsis resistance protein RPS5 is activated by proteolytic cleavage of the protein kinase PBS1 by the Pseudomonas syringae effector protease AvrPphB. We have previously shown that replacing seven amino acids at the cleavage site of PBS1 with a motif cleaved by the NIa protease of turnip mosaic virus (TuMV) enables RPS5 activation upon TuMV infection. However, this engineered resistance conferred a trailing necrosis phenotype indicative of a cell-death response too slow to contain the virus. We theorized this could result from a positional mismatch within the cell between PBS1TuMV, RPS5, and the NIa protease. To test this, we relocalized PBS1TuMV and RPS5 to cellular sites of NIa accumulation. These experiments revealed that relocation of RPS5 away from the plasma membrane compromised RPS5-dependent cell death in Nicotiana benthamiana, even though PBS1 was efficiently cleaved. As an alternative approach, we tested whether overexpression of plasma membrane-localized PBS1TuMV could enhance RPS5 activation by TuMV. Significantly, overexpressing the PBS1TuMV decoy protein conferred complete resistance to TuMV when delivered by either agrobacterium or by aphid transmission, showing that RPS5-mediated defense responses are effective against bacterial and viral pathogens. Lastly, we have now extended this PBS1 decoy approach to soybean by modifying a soybean PBS1 ortholog to be cleaved by the NIa protease of soybean mosaic virus (SMV). Transgenic overexpression of this soybean PBS1 decoy conferred immunity to SMV, demonstrating that we can use endogenous PBS1 proteins in crop plants to engineer economically relevant disease resistant traits.

中文翻译:

优化PBS1诱饵系统以赋予对拟南芥和大豆中的马铃薯病毒感染的抗性。

拟南芥抗性蛋白RPS5通过丁香假单胞菌效应蛋白蛋白酶AvrPphB的蛋白激酶PBS1的蛋白水解裂解而被激活。先前我们已经表明,用萝卜花叶病毒(TuMV)的NIa蛋白酶裂解的基序替换PBS1裂解位点上的七个氨基酸可以在TuMV感染后激活RPS5。但是,这种工程改造的抗性赋予了尾随的坏死表型,表明细胞死亡反应太慢而无法包含病毒。我们推论这可能是由于PBS1TuMV,RPS5和NIa蛋白酶之间细胞内的位置不匹配所致。为了测试这一点,我们将PBS1TuMV和RPS5重新定位到NIa积累的细胞部位。这些实验表明,RPS5远离质膜的迁移损害了本氏烟草中依赖RPS5的细胞死亡,即使PBS1被有效地裂解。作为一种替代方法,我们测试了过表达质膜定位的PBS1TuMV是否可以增强TuMV对RPS5的激活。显着地,当通过农杆菌或通过蚜虫传播递送时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白赋予对TuMV的完全抗性,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体是有效的。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。作为一种替代方法,我们测试了过表达质膜定位的PBS1TuMV是否可以增强TuMV对RPS5的激活。显着地,当通过农杆菌或通过蚜虫传播递送时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白赋予了对TuMV的完全抗性,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体是有效的。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。作为一种替代方法,我们测试了过表达质膜定位的PBS1TuMV是否可以增强TuMV对RPS5的激活。显着地,当通过农杆菌或通过蚜虫传播递送时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白赋予对TuMV的完全抗性,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体是有效的。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。我们测试了过表达质膜定位的PBS1TuMV是否可以增强TuMV对RPS5的激活。显着地,当通过农杆菌或通过蚜虫传播递送时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白赋予了对TuMV的完全抗性,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体是有效的。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。我们测试了过表达质膜定位的PBS1TuMV是否可以增强TuMV对RPS5的激活。显着地,当通过农杆菌或通过蚜虫传播递送时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白赋予对TuMV的完全抗性,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体是有效的。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。当通过农杆菌或蚜虫传播传递时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白可完全抵抗TuMV,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体有效。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。当通过农杆菌或蚜虫传播传递时,过表达PBS1TuMV诱饵蛋白可完全抵抗TuMV,表明RPS5介导的防御反应对细菌和病毒病原体有效。最后,我们现在通过将大豆PBS1直系同源物修饰为可被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶切割的方法,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。我们现在通过修饰大豆PBS1直系同源物以被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶裂解,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。我们现在通过修饰大豆PBS1直系同源物以被大豆花叶病毒(SMV)的NIa蛋白酶裂解,将PBS1诱饵方法扩展到大豆。该大豆PBS1诱饵的转基因过表达赋予了SMV免疫力,表明我们可以在农作物中使用内源性PBS1蛋白来设计与经济相关的抗病性状。
更新日期:2020-06-02
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