Влияние эффекторов SnTOX на степень вирулентности изолятов патогенного гриба Stagonospora nodorum
Год: 2020
Страницы: 343-351
Номер: Том 12, № 3
Аннотация:
Возбудитель септориоза пшеницы Stagonospora nodorum Berk. синтезирует специфические для хозяина некротрофные эффекторы (НЭ), которые облегчают процесс заражения и обеспечивают вирулентность изолята патогена к растению-хозяину, имеющего доминирующий ген восприимчивости. Взаимоотношения в патосистеме пшеница – S. nodorum осуществляются по типу «ген-на-ген» в зеркальном отражении, и выражаются в том, что продукты генов вирулентности патогена (=некротрофные эффекторы (НЭ) белковой природы) при взаимодействии с продуктами генов восприимчивости растения-хозяина (Snn) вызывают совместимость, т.е. развитие болезни. В данной работе были изучены три основных НЭ SnToxА, SnTox1, SnTox3, идентифицированные у S. nodorum на генном уровне. Роль НЭ в развитии септориоза доказана, однако общий ответ хозяина при поражении S. nodorum не всегда строго подчиняется обратной модели ген-на-ген, так как множественные взаимодействия SnTox-Snn могут проявлять аддитивность или эпистаз. В связи с этим цель работы заключалась в идентификации генов НЭ у трех изолятов S. nodorum и изучении влияния транскрипционной активности генов этих НЭ на степень вирулентности изолята. Нами показано, что все три НЭ SnToxА, SnTox3 и SnTox1 играли важную роль в развитии болезни в совместимых взаимодействиях. Эффекторы SnTox3 и SnTox1 проявляли эпистатическое взаимодействие, которое снималось при тройном совместимом взаимодействии (SnTox3-Snn3, SnToxА-Тsn1 и SnTox1-Snn1), что показано нами впервые. Механизм эпистаза и аддитивного взаимодействия был связан с регуляцией транскрипционной активности генов НЭ, также как и вирулентность изолята. У авирулентного изолята Sn4ВД отсутствовала транскрипция всех трех генов НЭ, а вирулентный изолят Sn9МН отличался высоким уровнем накопления мРНК всех трех генов НЭ при инокуляции восприимчивого сорта. Мы также показали, что экспрессия SnTox зависела как от генотипа хозяина у SnToxА и SnTox3, так и от числа совместимых взаимодействий, проявляющих аддитивность или эпистаз у SnTox1 и SnTox3. В конечном итоге вирулентность изолята S. nodorum зависела от качественного и количественного состава НЭ.
Ключевые слова:
Stagonospora nodorum Berk.; Triticum aestivum L.; некротрофные эффекторы SnToxA, SnТох3 и SnTox1; взаимодействие ген-на-ген; эпистаз
Библиографический список:
- Веселова С.В., Бурханова Г.Ф., Нужная Т.В., Максимов И.В. Роль этилена и цитокининов в развитии защитных реакций в растениях Triticum aestivum, инфицированных Septoria nodorum // Физиол. раст. 2016. Т. 63(5). С. 649-660. DOI: 10.7868/S0015330316050158
- Нужная Т.В., Веселова С.В., Бурханова Г.Ф., Румянцев С.Д. Роль эффекторов Stagonospora nodorum в подавлении защитного ответа растений пшеницы за счет регуляции работы компонентов про/антиоксидантной системы // Экобиотех. 2020. Т. 3(2). С. 166-173. doi. 10.31163/2618-964X-2020-3-2- 166-173
- Chu C.-G., Faris J.D., Xu S.S., Friesen T.L. Genetic analysis of disease susceptibility contributed by the compatible Tsn1–SnToxA and Snn1–SnTox1 interactions in the wheat-Stagonospora nodorum pathosystem // Theor Appl Genet. 2010. V. 120. P. 1451– 1459. DOI 10.1007/s00122-010-1267-z
- Faris J.D., Zhang Z., Lu H., Lu S., Reddy L., Cloutier S., Fellers J.P., Meinhardt S.W., Rasmussen J.B., Xu S.S., Oliver R.P., Simons K.J., Friesen T.L. A unique wheat disease resistance-like gene governs effectortriggered susceptibility to necrotrophic pathogens // PNAS. 2010. V. 107(3). P. 13544–13549. doi.10.1073/pnas.1004090107
- Faris J.D., Zhang Z., Rasmussen J.B., Friesen T.L. Variable expression of the Stagonospora nodorum effector SnToxA among isolates is correlated with levels of disease in wheat // MPMI. 2011. V. 24(12). P. 1419– 1426. doi:10.1094 /MPMI -04-11-0094
- Fraaije B.A., Lovell D.J., Baldwin S. Septoria epidemics on wheat: combined use of visual assessment and PCR-based diagnostics of identify mechanisms of disease escape // Plant Protect. Sci. 2002. V. 38 (2). P. 421–424. DOI: 10.17221/10512-PPS
- Friesen T.L., Zhang Z., Solomon P.S., Oliver R.P. Faris J.D. Characterization of the interaction of a novel Stagonospora nodorum host-selective toxin with a wheat susceptibility gene // Plant Physiol. 2008.V. 146. P. 682– 693. DOI:10.1104/pp.107.108761
- Haugrud A.R.P., Zhang Z., Richards J.K., Friesen T.L., Faris J.D. Genetics of variable disease expression conferred by inverse gene-for-gene interactions in the wheat-Parastagonospora nodorum pathosystem // Plant Physiology. 2019. V. 180. P. 420–434. DOI:10.1104/pp.19.00149
- Liu Z.H., Friesen T.L., Rasmussen J.B., Ali S., Meinhardt S.W., Faris J.D. Quantitative trait loci analysis and mapping of seedling resistance to Stagonospora nodorum leaf blotch in wheat // Phytopathology. 2004. V. 94. P. 1061-1067. DOI:10.1094/PHYTO.2004.94.10.1061
- Liu Z., Zhang Z., Faris J.D, Oliver R.P, Syme R., McDonald M.C., McDonald B.A., Solomon P.S., Lu S., Shelver W.L., Xu S., Friesen T.L. The Cysteine rich necrotrophic effector SnTox1 produced by Stagonospora nodorum triggers susceptibility of wheat lines harboring Snn1 // PLoS Pathog. 2012. V. 8(1). e1002467. doi:10.1371/journal.ppat.1002467
- McDonald M.C., Solomon P.S. Just the surface: advances in the discovery and characterization of necrotrophic wheat effectors // Curr. Opin. Microbiol. 2018. V. 46. P. 14-18. doi. 10.1016/j.mib.2018.01.019
- Phan H.T.T., Rybak K., Furuki E., Breen S., Solomon P.S., Oliver R.P., Tan K.-C. Differential effector gene expression underpins epistasis in a plant fungal disease // Plant J. 2016. V. 87. P. 343-354. DOI 10.1111/tpj.13203
- Rybak K., SEE P.T., Phan H.T.T., Syme R.A., Moffat C.S., Oliver R.P., Tan K-C. A functionally conserved Zn2Cys6 binuclear cluster transcription factor class regulates necrotrophic effector gene expression and host-specific virulence of two major Pleosporales fungal pathogens of wheat // Molecular Plant Pathology. 2017. V. 18(3). P. 420–434. DOI: 10.1111/mpp.125
- Shi G., Zhang Z., Friesen T.L., Bansal U., Cloutier S., Wicker T., Rasmussen J.B., Faris J.D. Marker development, saturation mapping, and high‑resolution mapping of the Septoria nodorum blotch susceptibility gene Snn3‑B1 in wheat // Mol. Genet. Genomics. 2016. V. 291. P. 107-119. DOI 10.1007/s00438-015-1091-x
- Tan K.C., Oliver R.P., Solomon P.S. Moffat C.S. Proteinaceous necrotrophic effectors in fungal virulence // Funct. Plant Biol. 2010. V. 37. P. 907–912. DOI: 10.1071/FP10067
- Tan K-C, Oliver R.P. Regulation of proteinaceous effector expression in phytopathogenic fungi // PLoS Pathog. 2017. V. 13(4):e1006241. doi. 10.1371/journal. ppat.1006241
- Virdi S.K., Liu Z., Overlander M.E., Zhang Z., Xu S.S., Friesen T.L., Faris J.D. New insights into the roles of host gene-necrotrophic effector interactions in governing susceptibility of durum wheat to tan spot and Septoria nodorum Blotch. // Durum-Necrotrophic Pathogen Interactions. 2016. V. 6. P. 4139 – 4150. doi: 10.1534/g3.116.036525
- Winterberg B., Du Fall L.A., Song X.M., Pascovici D., Care N., Molloy M., Ohms S., Solomon P.S. The necrotrophic effector protein SnTox3 reprograms metabolism and elicits a strong defence response in susceptible wheat leaves // BMC. Plant Biol. 2014. V. 14. P. 215. doi. 10.1186/s12870-014-0215-5
- Zhang Z., Friesen T.L., Xu S.S., Shi G., Liu Z., Rasmussen J.B., Faris J.D. Two putatively homoeologous wheat genes mediate recognition of SnTox3 to confer effector-triggered susceptibility to Stagonospora nodorum // Plant J. 2011. V. 65. P. 27–38. doi. 10.1111/j.1365- 313X.2010.04407.x