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有研究证明,部分具有III型分泌系统的细菌病原菌能够通过III型分泌系统将III型效应因子分泌到宿主细胞中,从而抵御宿主细胞的防御反应。部分根瘤菌也具有III型分泌系统,能够分泌III型效应因子到豆科植物中干扰宿主的防御反应。在根瘤菌Rhizobia sp. NGR234,几种效应因子(NopL,NopT,NopP,NopM)已经被定性,且与植物的防御反应相关。例如NopL干扰烟草的促细胞分裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 途径,NopT诱导烟草的超敏反应 (HR)。
中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室Christian Staehelin教授课题研究组与巴塞尔大学Thomas Boller教授课题研究组等合作,通过多种传统及现代生化分子技术实验,发现了根瘤菌NGR234的III型效应因子NopM是一种新型的泛素连接酶,且该泛素连接酶活性对于增加扁豆 (Lablab purpureus) 的结瘤数目有重要作用。同时在其它非宿主细胞,如酵母及烟草的实验中发现NopM与防御反应相关。当其在酵母 (Saccharomyces cerevisiae) 细胞中表达时,NopM会干扰信息素α-factor激活的MAPK途径。同样当其在烟草(Nicotiana benthamiana) 细胞中表达时,NopM能够降低flg22诱导的活性氧 (ROS) 的产生。结果表明:当NopM被分泌到宿主扁豆细胞后,能够泛素化宿主细胞防御反应的相关蛋白,导致该蛋白的降解。
此次发现对进一步探索根瘤菌III型效应因子在共生固氮作用中的分子机制奠定了良好基础。
该项研究工作在2012年5月17日以Functional analysis of NopM, a novel E3 ubiquitin ligase (NEL) domain effector of Rhizobium sp. strain NGR234为题,发表于PLoS Pathogens [8(5): e1002707]。Christian Staehelin教授为通讯作者,Christian Staehelin教授指导的博士研究生辛大伟为第一作者。
该项研究得到了国家自然基金和973项目(豆科植物固氮根瘤形成的分子机理)的资助