Avr-гены и AVR-белки

Первой работой, в которой удалось клонировать avr-гены, было исследование бактерии Pseudomonas syringae pv. glycinea (Staskawicz et al., 1984). Расы бактерии и сорта сои взаимодействуют по правилу «ген-на-ген».

Из библиотеки генов расы 6 был изолирован фрагмент (pPg6L3), который при проверке 600-700 трансформированных клонов вызывал изменение реакции листьев сои на заражение. Введение этого фрагмента в другие расы бактерии изменяло их вирулентность, что показано в табл. 7.5.
Как видно из таблицы, фрагмент pPg6L3 ни в одном случае не меняет реакцию на заражение растений с несовместимости на совместимость. Следовательно, находящийся на этом фрагмента ген индуцирует не восприимчивость, а устойчивость, т. е. является avr-геном. Изменение реакции восприимчивости на реакцию устойчивости наблюдается только у сортов, которые устойчивы к донору фрагмента — расе 6 (сорта Акме, Чиппева, Харсой, Пикинг), что свидетельствует о сортоспецифичности элиситора расы 6.
Введение в фрагмент pPg6L3 транспозона Тп5, приводящее к инактивации гена, вызывало потерю способности к индукции несовместимости; следовательно, ген специфичности в активной форме индуцирует устойчивость, а потеря активной формы гена делает растение восприимчивым к бактерии. Таким образом, впервые экспериментально были подтверждены гипотезы, основанные на теории «ген-на-ген». Использование транспозона, как гибридизационного зонда, показало, что за авирулентность отвечает участок ДНК размером около 1,4 тнп.

Разработанные методы были использованы при изучении десятков фитопатогенных бактерий, подтвердив полученные выше результаты. Так раса 2 паразита перца Xanthomonas vesicatoria авирулентна к сортам, имеющим ген устойчивости Bsl, однако, часто возникают спонтанные мутанты с разной степенью вирулентности к этим сортам. У них в avr-локусе обнаружена инсерция (вставка) IS476 размером около 1,2 тнп. Если эта вставка находится в регуляторной области гена, то мутант имеет слабую вирулентность, а ее внедрение в структурную область приводит к высокой вирулентности. Это — еще одно экспериментальное подтверждение гипотезы Флора о том, что делеция или мутация гена авирулентности фенотипически выражается как вирулентность, причем показана возможная природа переходных реакций на заражение между высокой устойчивостью и полной восприимчивостью, описанных при многих болезнях. Другой возможный механизм приобретения вирулентности — делетирование (вырезание) в процессе репликаций повторяющихся последовательностей, обнаруженных во внутренних областях многих avr-генов.
Ген Avr-Bsl из X. vesicatoria был трансформирован в другие ксанто- монады, которые после этого стали вызывать СВЧ-реакцию у видов растений, к которым эти бактерии были вирулентны (растениям-хозяевам). Таким образом, продукт одного и того же гена вызывал СВЧ у устойчивых сортов растения-хозяина и у растений, не являющихся хозяевами данной бактерии. Следовательно, по отношению к бактериям, как и к вирусам, нет принципиальной разницы между сортовым и видовым иммунитетом.
Клонирование avr-генов показало, что гомологичные последовательности, характерные для них, имеются в геноме разных видов бактерий. Обнаружены семейства гомологичных Avr-генов; свойства некоторых семейств приведены ниже.
Семейство avrBs2. К нему принадлежат ген avrBs2 Xanthomonas vesicatoria, и его гомолог у X. campestris pv. alfalfae. Белок AvrBs2 гомологи-

238 чен ферменту, участвующему в синтезе и гидролизе фосфодиэфирных связей между углеводами или фосфолипидами.
Семейство avrBs3. Включает avrBs3 X. vesicatoria; Avrb4, Aavrb5, AvrBlOl, AvrB102, AvrBln, avrB7, PthN X. campestris pv. malvacearum; PthA X. citri; AvrXa7, AvrXalO, avrxa5 X oryzae pv.

otyzae. Кодируемые этими генами белки индуцируют реакции устойчивости, однако, их инактивация в результате мутаций приводит к общему снижению патогенности. Семейство AvrBs3 белков необходимо для размножения фито патогенных бактерий в растении и генерирования симптомов болезней. Эти белки имеют центральный домен, включающий повторы из 34 аминокислот, число которых варьирует от 13,5 у AvrB6 до 25,5 у AvrXa7. Структура С-концевого участка свидетельствует о его функционировании в качестве кислого фактора активации транскрипции. Мутационный анализ показал, что центральный домен необходим для проявления специфичности белка, а С-концевой — для проявления элиситорной активности.
Семейство avrPto Pseudomonas syringae. Белок AvrPto нарушает сборку глюкановых компонентов клеточной стенки, препятствуя тем самым возникновению защитной структуры — папилы.
Семейство avrD. AvrD ген Pseudomonas syringae pv. tomato гомологичен многим генам, обнаруженным в геноме Р. syringae pv. glycinea, в частности avrPg4. Гомология по белку составляет 86 %, по рамке считывания — 98 %. Следовательно, гомологичные гены есть у большинства бактерий, но вследствие точковых мутаций их продукты перестали индуцировать СВЧ-реак- цию у своих хозяев (как avrD не индуцирует несовместимость у томата), т. е. являются рецессивными (неактивными) аллелями. Ген avrD, как и некоторые другие avr-гены, локализован на плазмиде. Он кодирует белок с молекулярной массой 34 кДа, в структуре которого отсутствуют участки, необходимы для трансмемранного переноса из клетки в окружающую среду (лидерный пептид и гидрофобный домен). И хотя возможен его транспорт из клетки с помощью специальной секреторной системы (см. ниже), предполагают, что это — внутриклеточный белок. Поскольку белок avrD представляет собой первую из пяти тандемно расположенных рамок считывания, возможно, его продукт является ферментом, важным для вторичного метаболизма. Элиситорную активность, обусловленную геном avrD, удалось обнаружить только после его трансформации в геном кишечной палочки Esherichia coli, которая стала выделять в среду метаболит, вызывающий СВЧ-реакцию у сортов сои, имеющих ген Rpg4. Скрещивание сортов сои с геном Rpg4 и без него дало в F2 расщепление на устойчивые и восприимчивые потомки в отношении 3:1, причем все устойчивые сег- реганты (и только они) вызывали некрозы при инфильтрации элиситора из трансформированных геном avrD клеток Е. coli в межклеточное пространство листьев. Элиситором оказался низкомолекулярный С-глюкозилирован- ный липид сиринголид, а продукт гена avrD — фермент, катализирующий синтез сиринголидов (конденсацию ксилозы с (3-оксидеканоидной кислотой. Сиринголиды (рис. 7.6) относятся к семейству сигнальных молекул, таких
как индукторы споруляции и образования антибиотиков актиномицетов бутанолиды, жасмоновая кислота в клетках растений (см. ниже) и др. В среде роста фитопатогенных бактерий, содержащих ген avrD, содержание сиринголидов во много раз ниже, чем в среде роста трансформированной Е. coli, но резко возрастает в зараженных растениях. Таким образом, получено экспериментальное подтверждение двух гипотез, обсуждавшихся ранее, — об опосредованном участии продуктов генов вирулентности во взаимоотношения паразита и хозяина (ферментативном «изготовлении» низкомолекулярных внеклеточных элиситоров); и об освобождении элиситоров только in planta под влиянием метаболитов растения.
Почти все исследованные avr-гены также кодируют внутриклеточные белки. Продукт гена avrRxv Xanthomonas vesicatoria гомологичен фактору вирулентности бактерии Yersinia pseudotuberculosum Youp У, вызывающей кишечные инфекции. Транспорт этого фактора, как и других Avr-белков, через бактериальную мембрану осуществляется специальной генетический системой, описанной ниже.

<< | >>

Источник: Под ред. Ю. Т. Дьякова. Фундаментальная фитопатология. 2011

Еще по теме Avr-гены и AVR-белки:

- Агрохимия и агропочвоведение - Животноводство и промыслы - Защита растений - Земледелие - Овощеводство - Плодоводство - Пчеловодство - Растениеводство - Сад и огород - Селекция и семеноводство с/х культур - Сельскохозяйственные мелиорации -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -