Variation in Capsidiol Sensitivity between Phytophthora infestans and Phytophthora capsici Is Consistent with Their Host Range
- 作者
- Artemis Giannakopoulou, Sebastian Schornack, Tolga O. Bozkurt, Dave Haart, Dae-Kyun Ro, Juan A. Faraldos, Sophien Kamoun, Paul E. O'Malley
- 单位
- The Sainsbury Laboratory, Norwich, United Kingdom; Sainsbury Laboratory, Cambridge University, Cambridge, United Kingdom; Imperial College, Faculty of Natural Sciences, Department of Life Sciences, London, United Kingdom; Institute of Food Research, Food & Health Programme, Norwich, United Kingdom; Department of Biological Sciences, University of Calgary, Calgary, Canada; School of Chemistry, Cardiff University, Cardiff, United Kingdom; John Innes Centre, Department of Metabolic Biology, Norwich, United Kingdom
- 杂志
- PLoS ONE（2014）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0107462
- 所属领域
- 植物病理学/合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析植物抗毒素capsidiol对两种寄主范围不同的疫霉菌（Phytophthora infestans和Phytophthora capsici）的差异敏感性，及其与寄主范围一致性的关系。
研究策略
利用工程酵母生产高纯度capsidiol，结合转基因荧光标记的疫霉菌株，开发基于荧光强度和OD600的定量生长抑制测定，比较不同种及不同分离株的敏感性。
核心内容
该研究通过合成生物学手段解析了植物抗毒素辣椒素（capsidiol）对两种寄主范围不同的疫霉菌的差异抑制作用。研究者利用工程酵母合成高纯度辣椒素，并借助转基因荧光标记的疫霉菌株，开发了基于荧光强度和OD600的自动定量生长抑制测定方法。结果显示，致病疫霉（Phytophthora infestans）在50 μM辣椒素浓度下生长受抑，120 μM时完全抑制；而辣椒疫霉（Phytophthora capsici）在1.5 mM浓度下才受抑，2 mM仍未完全抑制，两物种间敏感性差异约13倍。此外，种内不同分离株间敏感性也存在约5倍差异，且低至10 μM的辣椒素即可改变致病疫霉菌丝形态。该结果验证了辣椒素敏感性差异与疫霉菌寄主范围的一致性，支持其在辣椒对致病疫霉非寄主抗性中发挥作用的假说，同时提示通过基因工程将辣椒素生物合成基因导入马铃薯或番茄可能是增强抗病性的可行策略。
创新点
['首次利用工程酵母生产的高纯度capsidiol精确测定两种疫霉菌的敏感性差异', '开发了基于荧光标记的自动定量生长抑制测定方法', '发现种间敏感性差异约13倍，并揭示种内分离株间的敏感性变异']
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) EPY300 | capsidiol生物合成途径 | EAS (5-epi-aristolochene synthase) | 5-epi-aristolochene synthase | 催化 | 催化FPP环化形成5-epi-aristolochene |
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) EPY300 | capsidiol生物合成途径 | EAH (5-epi-aristolochene dihydroxylase) | 5-epi-aristolochene dihydroxylase (P450氧化酶) | 催化 | 催化5-epi-aristolochene C-1和C-3位羟基化生成capsidiol |
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) EPY300 | capsidiol生物合成途径 | CPR (NADPH-细胞色素P450还原酶) | NADPH-ferrihemoprotein reductase | 能量供给 | 为EAH反应传递电子 |
关键发现
- P. infestans在capsidiol浓度为50 μM时生长受抑，120 μM完全抑制
- P. capsici在1.5 mM才受抑，2 mM仍未完全抑制
- 定量测定显示二者敏感性差异约13倍
- capsidiol对P. infestans的抑制作用可逆
- P. infestans不同分离株对capsidiol的敏感性存在约5倍差异，其中NL08645最敏感
- capsidiol浓度低至10 μM即可改变P. infestans菌丝生长形态，但P. capsici在400 μM才出现菌丝分支异常。
研究结论
capsidiol对P. infestans和P. capsici的差异敏感性与它们的寄主范围一致，支持capsidiol在辣椒对P. infestans非寄主抗性中起作用的假说；种内敏感性变异提示植物与病原菌之间存在类似军备竞赛的共进化关系，并指出了通过基因工程将capsidiol生物合成基因导入马铃薯或番茄以增强抗病性的潜在策略。