Plant Journal | 陕西师范大学张美祥/安玉艳团队巧妙利用TMV-GFP载体助力植物病原菌效应子高效筛选

在植物与病原菌的持续斗争中，植物病原菌分泌的质外体和细胞质效应子在其与植物的互作中扮演着关键的角色。揭示这些效应子的功能对于理解病原菌致病机制和提高植物的抗病能力至关重要。随着基因组学和生物信息学的发展，大量潜在的效应子被预测，但这些蛋白的生物学功能大多尚未明确。传统的遗传操作方法在许多病原菌中难以实施，特别是对于那些无法培养的病原菌。即便在可操作的病原菌中，效应子的功能冗余也使得通过遗传方法研究其作用充满挑战。为了加速植物病原菌效应子的研究，科学家们一直在寻找更快速、简便的筛选方法。尽管已有一些基于特定防卫反应的策略被开发出来，但这些方法通常比较耗时，需要专门的技术和设备等，限制了它们的广泛应用，也不适合高通量筛选。因此，开发一种新的、能够快速评估效应子功能的方法对于推动植物病原菌效应子生物学的发展具有重要意义。

近日，陕西师范大学生命科学学院植物-微生物互作团队张美祥/安玉艳团队在国际权威学术期刊The Plant Journal在线发表了题为“A robust high-throughput functional screening assay for plant pathogen effectors using the TMV-GFP vector”的研究论文，巧妙借助TMV-GFP载体建立了一种快速、简易、技术门槛低、应用范围广的植物病原菌效应子高通量筛选方法。

该研究整合了烟草花叶病毒TMV-GFP载体和农杆菌介导的瞬时表达技术，利用模式植物本氏烟(Nicotiana benthamiana)，开发了一种高效的植物病原菌效应子筛选系统。该系统的最大优势在于其快速性和易操作性：通过紫外灯下GFP荧光信号观察，可以在短短几天内迅速评估效应子的生物功能，有效识别出那些能够干扰或是激活植物免疫的效应子。研究首先利用青枯劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum）的已知毒力和无毒效应子对TMV-GFP系统进行了验证，证实了其准确性和高效性，并成功筛选出一种新的毒力效应子RipS1。此外，该系统还能重现包括细菌、卵菌、真菌和病毒等多种病原菌的已知效应子的功能，涵盖了细胞质效应子和质外体效应子，证明其在识别两类效应子方面的有效性。TMV-GFP系统的简便操作、时间效率、广泛的适用性和低技术门槛，使其成为高通量筛选具有免疫干扰活性的效应子的有力工具。

论文第一署名单位为陕西师范大学，生命科学学院植物-微生物互作团队硕士生曹鹏、博士后张双喜、南京农业大学与陕西师范大学联合培养硕士毕业生时昊天为论文共同第一作者，河南大学省部共建作物逆境适应与改良重点实验室/生命科学学院祝英方教授、陕西师范大学生命科学学院安玉艳副教授、张美祥教授为论文共同通讯作者。南京农业大学植物保护学院已毕业硕士生陈佳兰，福建省农业科学院植物保护研究所福建省作物有害生物监测与治理重点实验室王荣波博士、刘裴清研究员参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和福建省作物有害生物监测与治理重点实验室开放基金资助。

参考文献

Cao, P., Shi, H.T., Zhang, S.X., Chen, J.L., Wang, R.B., Liu, P.Q., Zhu, Y.F., An, Y.Y. and Zhang, M.X. (2024) A robust high-throughput functional screening assay for pathogen effectors using the TMV-GFP vector. The Plant Journal, dox: 10.1111/tpj.16774.

Jones, J.D.G. and Dangl, J.L. (2006) The plant immune system. Nature, 444, 323-329.

Dalio, R.J.D., Herlihy, J., Oliveira, T.S., McDowell, J.M. and Machado, M. (2018) Effector biology in focus: A primer for computational prediction and functional characterization. Molecular Plant-Microbe Interactions, 31, 22-33.

Dou, D. and Zhou, J.M. (2012) Phytopathogen effectors subverting host immunity: different foes, similar battleground. Cell Host & Microbe, 12, 484-495.

Hogenhout, S.A., Van der Hoorn, R.A.L., Terauchi, R. and Kamoun, S. (2009) Emerging concepts in effector biology of plant-associated organisms. Molecular Plant-Microbe Interactions, 22, 115-122.

Park, M., Baek, E., Yoon, J.Y. and Palukaitis, P. (2017) The use of a tobacco mosaic virus-based expression vector system in Chrysanthemum. Plant Pathology Journal, 33, 429-433.

论文链接：

https://doi.org/10.1111/tpj.16774