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农业微生物资源团队发现新的细菌环状脂肽并揭示与植物互作机制
发布者：管理员发布时间：2023-08-16作者：魏海雷来源：农业微生物资源团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业微生物资源团队系统鉴定并解析了有益假单胞菌产生的一种新型脂肽类植物免疫激发子及其调控植物免疫的功能机制，相关成果以“Pseudomonas Cyclic Lipopeptide Medpeptin: Biosynthesis and Modulation of Plant Immunity”为题，发表在工程技术领域著名学术期刊《Engineering》上。
假单胞菌作为一类重要的有益微生物资源，是生物农药、生物肥料、生物饲料的重要菌种来源。研究团队从全国19个地区收集了200余份植物和土壤样品，以功能导向分离、筛选、建立了包含1.2万余株假单胞菌的微生物资源库。通过精准鉴定与系统评价发现菌株S58具有抗菌、促生、解磷、产酶和诱导植物抗性等多功能特征。利用Genome-mining、Tn5转座子随机突变等手段获得多个与抗菌和诱导抗性相关的突变体。进一步解析发现，一个非核糖体多肽合成基因簇的突变导致S58菌株的诱导抗性丧失，但却不影响该菌株的抗菌活性，表明S58菌株的诱导抗性因子和抗菌物质是分离的。有意思的是，突变非核糖体多肽合成基因上游的群体感应系统（Quorum sensing system），S58菌株的诱导抗性和抗菌活性丧失或显著降低，表明该菌株的诱抗因子和抗菌物质合成具有相同的上游调控通路。利用液相色谱（HPLC）、飞行质谱（MALDI-TOF）、核磁共振（NMR）等技术系统分离鉴定了一个由非核糖体多肽合成基因编码的环状脂肽medpeptin，该脂肽是由22个氨基酸残基（其中5个氨基酸形成内酯环）与脂肪酸链组成的新型环状脂肽，质荷比为2107.24。利用纯化的medpeptin验证，表明该脂肽能引起显著的植物诱导抗性，但不具有直接抗病原菌活性。利用比较转录组分析和病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）筛选鉴定了medpeptin诱导抗性的信号途径。其中，沉默一个依赖植物细胞壁富含亮氨酸重复序列延伸蛋白（Leucine-rich repeat extensionprotein，NbLRX3）或受体蛋白激酶（receptor-like protein kinase NbRLK25）导致菌株S58和medpeptin介导的植物免疫抗病丧失。这一细胞壁介导的免疫途径完全区别于BAK1和SGT1介导的经典双层免疫系统（two-layered innate immune system）。本研究首次证实了非核糖体环状脂肽可以通过植物细胞壁相关蛋白激发宿主免疫反应，对深入认识有益微生物次生代谢免疫调控机制具有重要的借鉴意义，具有诱抗活性的非杀菌类脂肽的发掘也为靶向免疫诱抗剂研究开辟了一个重要方向。相关成果已授权国家发明专利3件。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所谷医林副研究员和李俊州博士后为该论文的共同第一作者，魏海雷研究员为通讯作者。中国农业科学院蔬菜花卉研究所李彦研究员参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程和现代农业产业技术体系北京市特色作物创新团队等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.05.016
图1 Medpeptin的结构鉴定及功能检测
图2 Medpeptin与植物互作调控免疫的作用机制
