Production of reactive oxygen species (ROS) is an important immune response in plant multilayer defense mechanisms; however, direct modification of ROS homeostasis to breed plants with broad-spectrum resistance to disease has not yet been successful. In Arabidopsis, the receptor-like cytosolic kinase AtRIPK regulates broad-spectrum ROS signaling in multiple layers of the plant immune system. Upon treatment with immune elicitors, AtRIPK is activated and phosphorylates nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase, which leads to ROS production. In this study, we identified an AtRIPK ortholog in tomatoes and generated knockdown mutants using CRISPR/Cas9 technology. slripk mutants displayed reduced ROS production in response to representative immune elicitors and were susceptible to pathogenic bacteria and fungi from different genera, including Ralstonia solanacearum, Pectobacterium carotovorum, Botrytis cinerea, and Fusarium oxysporum, which are leaf and root pathogens with hemibiotrophic and necrotrophic infection strategies. In contrast, transgenic tomato plants overexpressing SlRIPK are more resistant to these pathogens. Remarkably, the slripk mutants and SlRIPK-overexpressing transgenic plants did not exhibit significant growth retardation or yield loss. These results suggest that overexpression of SlRIPK confers broad-spectrum disease resistance without a yield penalty in tomato plants. Our findings suggest that modifying ROS homeostasis by altering the regulatory components of ROS production in plant immunity could contribute to engineering or breeding broad-spectrum disease-resistant crops without yield penalty.

中文翻译：

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番茄受体样细胞溶质激酶 RIPK 赋予广谱抗病性而不会影响产量

活性氧 (ROS) 的产生是植物多层防御机制中的重要免疫反应；然而，直接改变 ROS 稳态以培育具有广谱抗病性的植物尚未成功。在拟南芥中，受体样细胞溶质激酶 AtRIPK 调节植物免疫系统多层中的广谱 ROS 信号。在用免疫诱导剂处理后，AtRIPK 被激活并磷酸化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH) 氧化酶，从而导致 ROS 产生。在这项研究中，我们在西红柿中发现了一个 AtRIPK 直系同源物，并使用 CRISPR/Cas9 技术生成了敲低突变体。slripk 突变体表现出响应于代表性免疫诱导子的 ROS 产生减少，并且易受来自不同属的病原菌和真菌的影响，包括 Ralstonia solanacearum、Pectobacterium carotovorum、Botrytis cinerea 和 Fusarium oxysporum，它们是具有半生物营养和坏死营养感染策略的叶和根病原体。相反，过表达 SlRIPK 的转基因番茄植株对这些病原体的抵抗力更强。值得注意的是，slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态可能有助于工程化或培育广谱抗病作物而不会影响产量。Botrytis cinerea 和 Fusarium oxysporum，它们是具有半生物营养和坏死营养感染策略的叶和根病原体。相反，过表达 SlRIPK 的转基因番茄植株对这些病原体的抵抗力更强。值得注意的是，slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态，可能有助于工程化或培育广谱抗病作物，而不会影响产量。Botrytis cinerea 和 Fusarium oxysporum，它们是具有半生物营养和坏死营养感染策略的叶和根病原体。相反，过表达 SlRIPK 的转基因番茄植株对这些病原体的抵抗力更强。值得注意的是，slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态可能有助于工程化或培育广谱抗病作物而不会影响产量。它们是具有半生物营养和坏死营养感染策略的叶和根病原体。相反，过表达 SlRIPK 的转基因番茄植株对这些病原体的抵抗力更强。值得注意的是，slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态可能有助于工程化或培育广谱抗病作物而不会影响产量。它们是具有半生物营养和坏死营养感染策略的叶和根病原体。相反，过表达 SlRIPK 的转基因番茄植株对这些病原体的抵抗力更强。值得注意的是，slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态，可能有助于工程化或培育广谱抗病作物，而不会影响产量。slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态可能有助于工程化或培育广谱抗病作物而不会影响产量。slripk 突变体和 SlRIPK 过表达转基因植物没有表现出明显的生长迟缓或产量损失。这些结果表明，SlRIPK 的过表达赋予番茄植株广谱抗病性而不会影响产量。我们的研究结果表明，通过改变植物免疫中 ROS 产生的调节成分来改变 ROS 稳态，可能有助于工程化或培育广谱抗病作物，而不会影响产量。