GMI的研究人員-奧地利科學(xué)院的格雷戈?duì)?middot;孟德爾分子植物生物學(xué)研究所，北卡羅來納大學(xué)教堂山分校和霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所(HI)使用兩種互補(bǔ)的方法揭示了細(xì)菌與植物之間的共同進(jìn)化機(jī)制并解釋了在野外觀察到的復(fù)雜的免疫反應(yīng)模式。這些論文共同改變了科學(xué)家一直在思考細(xì)菌抗原成分與其植物免疫受體之間關(guān)系的方式。這兩篇論文在《細(xì)胞宿主與微生物》(Cell Host&Microbe)雜志上背對(duì)背出版。

在進(jìn)化的時(shí)間尺度上，幾乎所有生物體都產(chǎn)生了免疫反應(yīng)，以保護(hù)它們免受外來入侵者的侵害。高等生物，即植物和動(dòng)物的免疫應(yīng)答的一個(gè)主要方面是使用可檢測(cè)和響應(yīng)“非自身”分子信號(hào)的感覺系統(tǒng)。這些分子信號(hào)通常決定了病原體的存活機(jī)會(huì)，這是阻止其被自然選擇消除的因素。作為逃避主持人認(rèn)可的一種手段。因此，它們的進(jìn)化保守性歸因于這些分子信號(hào)傳遞給外來入侵者的功能。但是，維持這種功能的負(fù)進(jìn)化壓力被介導(dǎo)病原體免疫逃避的正進(jìn)化壓力所抵消。通過合成和反向進(jìn)化方法對(duì)這些共同進(jìn)化力進(jìn)行解剖是GMI Belkhadir實(shí)驗(yàn)室和UNC-Chapel Hill的Dangl實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作研究的兩種研究方法之一。在正交研究中，他們還調(diào)查了植物定殖細(xì)菌群落(共生群落)中分子抗原決定簇(表位)的自然多樣性，并繪制了它們?cè)谥参镏杏|發(fā)的復(fù)雜免疫應(yīng)答模式。UNC-Chapel Hill的John N. Couch杰出教授Jeffery Dangl和HI研究人員解釋說：“迄今為止，該領(lǐng)域的大多數(shù)科學(xué)都使用了少數(shù)表位。我們從合成生物學(xué)和共生群落中提取了數(shù)千個(gè)樣本。這種深度分析使我們發(fā)現(xiàn)了由單個(gè)受體介導(dǎo)的宿主反應(yīng)的豐富多樣性。”

逆向進(jìn)化和關(guān)于協(xié)同進(jìn)化的新見解

研究人員研究了擬南芥免疫傳感器FLS2(鞭毛蛋白傳感2)如何影響其在假單胞菌鞭毛蛋白上相互作用表位的進(jìn)化，以及這又如何影響假單胞菌的運(yùn)動(dòng)性。使用反向進(jìn)化方法，Parys等。揭示了FLS2和鞭毛蛋白之間共同進(jìn)化力的新機(jī)制，并將其構(gòu)造為植物免疫學(xué)中研究較少的拮抗多效性(AP)理論的一種分子形式。AP是基因在不同情況下誘導(dǎo)相反作用的能力，這是人類衰老的進(jìn)化起源的流行理論。研究人員證明，AP通過權(quán)衡細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性與傳感器檢測(cè)能力來促進(jìn)共生群落在擬南芥中的穩(wěn)定定居。這種策略導(dǎo)致鞭毛蛋白表位被輕度激活或完全阻斷受體(毒力獲得)，同時(shí)又失去了運(yùn)動(dòng)性(權(quán)衡)(毒力損失)。更令人興奮的是，他們?cè)谧匀话l(fā)生的共生群落中發(fā)現(xiàn)了這些合成實(shí)驗(yàn)的特征，這表明天然微生物群可能較少依賴鞭毛介導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)，并愿意將其與另一種形式的免疫逃逸進(jìn)行權(quán)衡以保持與生物的和諧。植物。

是敵是友?

在第二種自然抽樣方法中，Colaianni等人。證明植物根部共生群落的逃避免疫機(jī)制很普遍，并且是群落結(jié)構(gòu)的決定性因素。此外，這一概念上的突破伴隨著擬南芥中復(fù)雜的免疫反應(yīng)微調(diào)機(jī)制的確證發(fā)現(xiàn)。配體表位的多樣性轉(zhuǎn)化為植物參與的免疫反應(yīng)的復(fù)雜性，其能夠檢測(cè)其微生物組中的閾值變化，從而區(qū)分“敵對(duì)”。

關(guān)于逃避免疫和促進(jìn)植物生長

當(dāng)被問及這項(xiàng)聯(lián)合工作的可能用途時(shí)，GMI小組組長優(yōu)素福·貝爾哈迪爾(Youssef Belkhadir)闡述道：“有時(shí)候，知道如何開啟免疫反應(yīng)是很好的，但我們經(jīng)常忘記，有時(shí)將其關(guān)閉可能也是一件好事。例如，您可以通過提供一種逃避植物免疫應(yīng)答的額外方法來幫助促進(jìn)生長的微生物更好地在植物中定植。在這里，我們發(fā)現(xiàn)了合成的拮抗肽可以做到這一點(diǎn)。”

這項(xiàng)合作利用了兩個(gè)出版物的交替第一作者之間的專業(yè)知識(shí)交流，但也刷新了長期的，杰出的，科學(xué)的聯(lián)系。實(shí)際上，尼古拉斯·科萊安尼(Nicholas Colaianni)博士 UNC-Chapel Hill的Dangl實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生是計(jì)算專家，而Katarzyna Parys(前Belkhadir實(shí)驗(yàn)室的博士生)的主要專業(yè)領(lǐng)域是生物化學(xué)和濕法實(shí)驗(yàn)室遺傳學(xué)。Colaianni還參觀了GMI的Belkhadir實(shí)驗(yàn)室，他和Parys都從彼此的專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐培訓(xùn)中受益。此外，作為這兩個(gè)出版物的第三共同第一作者，貝爾哈迪爾實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Ho-Seok Lee貢獻(xiàn)了他在顯微成像方面的技能。

經(jīng)過多年的單獨(dú)研究，兩位資深的主要研究人員在這兩種出版物上享有資歷并交替擔(dān)任相應(yīng)的作者職務(wù)，他們決定共同卷土重來。共有的資歷還包括UNC-Chapel Hill的生物學(xué)教授Corbin Jones和Colaianni的導(dǎo)師。優(yōu)素福·貝爾哈迪(Youssef Belkhadir)是UNC-教堂山分校的校友，曾與杰弗里·丹格爾(Jeffery Dangl)一起攻讀博士學(xué)位。學(xué)生。談到鄧格喜歡的UNC Tar Heels籃球隊(duì)時(shí)，貝爾卡迪爾說：“在我與杰夫共同撰寫第一篇論文的17年后，回到球場(chǎng)上并再次灌籃很有趣。 !”。Dangl補(bǔ)充說：“就像籃球一樣，科學(xué)是團(tuán)隊(duì)合作的結(jié)晶，最好的團(tuán)隊(duì)一起流暢地比賽。”