اساس مولکولی برهمکنش بین افکتور¬های بیمارگر¬های قارچی با گیاهان میزبان
امیر میرزادی گوهری
1
(گیاهپزشکی-دانشگاه تهران)
فرزانه لک
2
(گروه گیاه پزشکی، دانشکدگان کشاورزی کرج، دانشگاه تهران، ایران)
الکلمات المفتاحية: افکتور, بیمارگر¬های قارچی, نقش بیولوژیکی, تعاملات متقابل,
ملخص المقالة :
تعاملات مولکولی بین بیمارگر¬های قارچی و گیاهان میزبان یک فرآیند بسیار پیچیده و دینامیک است که به دو صورت مختلف، پاسخهای سازگاری و ناسازگاری، بروز مینماید. در حالت سازگاری، گیاهان در نتیجه حمله بیمارگر به بیماری مبتلا میشوند؛ در مقابل، در حالت ناسازگاری، گیاهان پس از حمله بیمارگر از خود مقاومت نشان میدهند. یکی از جنبه‌های کلیدی در این برهمکنش‌ها، ترشح مولکولهای پروتئینی کوچک توسط بیمارگر¬های قارچی است. این مولکولهای کوچک، معمولاً به¬عنوان افکتور¬ها شناخته میشوند که طی فرگشت توسط بیمارگر¬های قارچی بدست می‌آیند. این افکتور¬ها نقش بسیار حیاتی در تغییر فیزیولوژی گیاهان میزبان و سرکوب پاسخهای دفاعی آنها ایفا مینمایند. این مقاله مروری به بررسی اساس ژنتیکی تعاملات مولکولی بین افکتور¬های بیمارگر¬های قارچی و گیاهان میزبان با تأکید بر پاتوسیستم متشکل از بیمارگر قارچی Cladosporium fulvum و گیاه گوجهفرنگی می‌پردازد. این بررسی میتواند به درک بهتر از نحوه ایجاد بیماری یا بروز مقاومت گیاهان میزبان در برابر بیمارگر¬های قارچی کمک کرده و پایهای جهت توسعه رویکرد¬های نوین در راستای کنترل بیماری¬های گیاهی را فراهم آورد.
Balesdent, M.H., Fudal, I., Ollivier, B., Bally, P., Grandaubert, J., Eber, F., Chèvre, A.M., Leflon, M. and Rouxel, T. 2013. The dispensable chromosome of L eptosphaeria maculans shelters an effector gene conferring avirulence towards Brassica rapa. New Phytologist 198(3): 887-898.
Ballance, G., Lamari, L. and Bernier, C. 1989. Purification and characterization of a host-selective necrosis toxin from Pyrenophora tritici-repentis. Physiological and Molecular Plant Pathology 35(3): 203-213.
Barlowe, C and Miller, E. 2013. Secretory protein biogenesis and traffic in the early secretory pathway. Genetics 193(2): 383-410.
Bart, P.H.J., Thomma, H., van Esse, P., Crous, P. and de Wit, P. 2005. Cladosporium fulvum (syn. Passalora fulva), a highly specialized plant pathogen as a model for functional studies on plant pathogenic Mycosphaerellaceae. Molecular Plant Pathology 6(4): 379-393.
Basse, C.W., Kolb, S. and Kahmann, R. 2002. A maize‐specifically expressed gene cluster in Ustilago maydis. Molecular Microbiology 43(1): 75-93.
Basse, C.W., Stumpferl, S. and Kahmann, R. 2000. Characterization of a Ustilago maydis gene specifically induced during the biotrophic phase: evidence for negative as well as positive regulation. Molecular and Cellular Biology 20(1): 329-339.
Bolton, M.D., Van Esse, H.P., Vossen, J.H., De Jonge, R., Stergiopoulos, I., Stulemeijer, I.J., Van Den Berg, G.C., Borrás‐Hidalgo, O., Dekker, H.L., De Koster, C.G. and De Wit, P.J. 2008. The novel Cladosporium fulvum lysin motif effector Ecp6 is a virulence factor with orthologues in other fungal species. Molecular microbiology 69(1): 119-136.
Ciuffetti, L.M., Manning, V.A., Pandelova, I., Betts, M.F. and Martinez, J.P. 2010. Host‐selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici‐repentis–wheat interaction. New Phytologist 187(4): 911-919.
Cooke, M. 1883. New american fungi. Grevillea 12: 22-33.
de Jonge, R., Bolton, M.D., Kombrink, A., van den Berg, G.C., Yadeta, K.A. and Thomma, B.P. 2013. Extensive chromosomal reshuffling drives evolution of virulence in an asexual pathogen. Genome Research 23(8): 1271-1282.
de Jonge, R. and Thomma, B.P. 2009. Fungal LysM effectors: extinguishers of host immunity? Trends in Microbiology 17(4): 151-157.
De Jonge, R., Peter van Esse, H., Kombrink, A., Shinya, T., Desaki, Y., Bours, R., Van Der Krol, S., Shibuya, N., Joosten, M.H. and Thomma, B.P. 2010. Conserved fungal LysM effector Ecp6 prevents chitin-triggered immunity in plants. Science 329(5994): 953-955.
de Wit, P.J. 1992. Molecular characterization of gene-for-gene systems in plant-fungus interactions and the application of avirulence genes in control of plant pathogens. Annual Review of Phytopathology 30(1): 391-418.
de Wit, P.J.G.M. 2016. Cladosporium fulvum Effectors: Weapons in the Arms Race with Tomato. Annual Review of Phytopathology 54(1):1-23.
de Wit, P.J.G.M., Mehrabi, R., Van Den Burg, H. and Stergiopoulos, I. 2009. Fungal effector proteins: past, present and future. Molecular Plant Pathology 10(6): 735–747.
Dean, R.A., Talbot, N.J., Ebbole, D.J., Farman, M.L., Mitchell, T.K., Orbach, M.J., Thon, M., Kulkarni, R., Xu, J.R., Pan, H. and Read, N.D. 2005. The genome sequence of the rice blast fungus Magnaporthe grisea. Nature 434: 980–986.
Dodds, P. 2023. From Gene-for-Gene to Resistosomes: Flor's Enduring Legacy. MPMI 36(8): 461–467.
D'Silva, I. and Heath, M.C. 1997. Purification and characterization of two novel hypersensitive response-inducing specific elicitors produced by the cowpea rust fungus. Journal of Biological Chemistry 272(7): 3924-3927.
Duplessis, S., Cuomo, C.A., Lin, Y.C., Aerts, A., Tisserant, E., Veneault-Fourrey, C., Joly, D.L., Hacquard, S., Amselem, J., Cantarel, B.L. et al. 2011. Obligate biotrophy features unraveled by the genomic analysis of rust fungi. PNAS 108(22): 9166-9171.
Friesen, T.L., Meinhardt, S.W. and Faris, J.D. 2007. The Stagonospora nodorum‐wheat pathosystem involves multiple proteinaceous host‐selective toxins and corresponding host sensitivity genes that interact in an inverse gene‐for‐gene manner. The Plant Journal 51(4): 681-692.
Ghiasi Noei, F., Imami, M., Didaran, F., Ghanbari, M.A., Zamani, E., Ebrahimi, A., Aliniaeifard, S., Farzaneh, M., Javan-Nikkhah, M., Feechan, A. and Mirzadi Gohari, A. 2022. Stb6 mediates stomatal immunity, photosynthetic functionality, and the antioxidant system during the Zymoseptoria tritici-wheat interaction. Frontier in Plant Science 13: 1004691.
Hetmann, A. and Kowalczyk, S. 2019. Suppression of PAMP-triggered immunity (PTI) by effector proteins synthesized by phytopathogens and delivered into cells of infected plant. Postepy Biochemii 22: 65(1): 58-71.
Joosten, M.H. and de Wit, P.J. 1999. The tomato– Cladosporium fulvum interaction: A versatile experimental system to study plant-pathogen interactions. Annual Review of Phytopatholog 37(1): 335-367.
Joosten, M., Vogelsang, R., Cozijnsen, T.J., Verberne, M.C. and de Wit, P.J. 1997. The biotrophic fungus Cladosporium fulvum circumvents Cf-4-mediated resistance by producing unstable AVR4 elicitors. The Plant Cell 9(3): 367-379.
Kämper, J., Kahmann, R., Bölker, M., Ma, L.J., Brefort, T., Saville, B.J., Banuett, F., Kronstad, J.W., Gold, S.E., Müller, O. and Perlin, M.H. 2006. Insights from the genome of the biotrophic fungal plant pathogen Ustilago maydis. Nature 444: 97–101.
Kema, G.H.J., Mirzadi Gohari, A., Aouini, L., Hay, G., Ware, S.B., Van Den Bosch, F., Manning-Smith, R., Alonso-Chavez, V., Helps, J., Ben M'Barek, S., Mehrabi, R., Diaz-Trujillo, C., Zamani, E., et al. 2018. Stress and sexual reproduction affect the dynamics of the wheat pathogen effector AvrStb6 and strobilurin resistance. Nature Genetics 50: 375-380.
Kruger, J., Thomas, C.M., Golstein, C., Dixon, M.S., Smoker, M., Tang, S., Mulder, L. and Jones, J.D. 2002. A tomato cysteine protease required for Cf-2-dependent disease resistance and suppression of autonecrosis. Science 296(5568): 744-747.
Lo Presti, L., Lanver, D., Schweizer, G., Tanaka, S., Liang, L., Tollot, M., Zuccaro, A., Reissmann, S. and Kahmann, R. 2015. Fungal effectors and plant susceptibility. Annual Review of Plant Biology 66: 513-545.
Luderer, R., Takken, F.L., de Wit, P.J.d. and Joosten, M.H. 2002. Cladosporium fulvum overcomes Cf‐2‐mediated resistance by producing truncated AVR2 elicitor proteins. Molecular Microbiology 45(3): 875-884.
Ma, L.J., Van Der Does, H.C., Borkovich, K.A., Coleman, J.J., Daboussi, M.J., Di Pietro, A., Dufresne, M., Freitag, M., Grabherr, M., Henrissat, B. and Houterman, P.M. 2010. Comparative genomics reveals mobile pathogenicity chromosomes in Fusarium. Nature 464(7287): 367-373.
Mapuranga, J., Zhang, L., Zhang, N. and Yang Wenxiang, Y. 2022. The haustorium: The root of biotrophic fungal pathogens. Plant Pathogen Interactions 13(29): 963705.
Marshall, R., Kombrink, A., Motteram, J., Loza-Reyes, E., Lucas, J., Hammond-Kosack, K.E., Thomma, B.P. and Rudd, J.J. 2011. Analysis of two in planta expressed LysM effector homologs from the fungus Mycosphaerella graminicola reveals novel functional properties and varying contributions to virulence on wheat. Plant Physiology 156(2): 756-769.
Mendgen, K. and Hahn, M. 2002. Plant infection and the establishment of fungal biotrophy. Trends in plant science 7(8): 352-356.
Mentlak, T.A., Kombrink, A., Shinya, T., Ryder, L.S., Otomo, I., Saitoh, H., Terauchi, R., Nishizawa, Y., Shibuya, N., Thomma, B.P. and Talbot, N.J. 2012. Effector-mediated suppression of chitin-triggered immunity by Magnaporthe oryzae is necessary for rice blast disease. The Plant Cell 24(1): 322-335.
Gohari, A.M., Ware, S.B., Wittenberg, A.H., Mehrabi, R., M'Barek, S.B., Verstappen, E.C., Van der Lee, T.A., Robert, O., Schouten, H.J., De Wit, P.P. and Kema, G.H. 2015. Effector discovery in the fungal wheat pathogen Zymoseptoria tritici. Molecular Plant Pathology 16(9): 931-945.
Mukhi, N., Gorenkin, D. and Banfield, M.J. 2020. Exploring folds, evolution and host interactions: understanding effector structure/function in disease and immunity. New Phytologist 227 (2): 326–333.
Pedersen, C., ver Loren van Themaat, E., McGuffin, L.J., Abbott, J.C., Burgis, T.A., Barton, G., Bindschedler, L.V., Lu, X., Maekawa, T., Wessling, R., Cramer, R., Thordal-Christensen, H., Panstruga, R. and Spanu, P.D. 2012. Structure and evolution of barley powdery mildew effector candidates. BMC Genomics 13: 694.
Oerke, E.C. 2006. Crop losses to pests. The Journal of Agricultural Science 144(1): 31-43.
Rivas, S. and Thomas, C.M. 2005. Molecular interactions between tomato and the leaf mold pathogen Cladosporium fulvum. Annual Review of Phytopathology 43: 395-436.
Rooney, C.E., Van`t Klooster, J.W., van der Hoom, R.A., Joosten, M.H., Jones, J.D., de Wit, P.J. 2005. Cladosporium Avr2 inhibits tomato Rcr3 protease required for Cf-2-dependent disease resistance Science 308(5729): 1783-1786.
Raffaele, S., Farrer, R.A., Cano, L.M., Studholme, D.J., MacLean, D., Thines, M., Jiang, R.H., Zody, M.C., Kunjeti, S.G., Donofrio, N.M., Meyers, B.C., Nusbaum, C. and Kamoun, S. 2010. Genome evolution following host jumps in the Irish potato famine pathogen lineage.SCIENCE 330(6010): 1540-1543.
Sánchez-Vallet, A., Fouché, S., Fudal, I., Hartmann, F.E., Soyer, J.L., Tellier, A. and Croll, D. 2018. The genome biology of effector gene evolution in filamentous plant pathogens. Annual Review of Phytopathology 56: 21-40.
Schottens-Toma I.M. and de Wit, P.J. 1988. Purification and primary structure of a necrosis-inducing peptide from the apoplastic fluids of tomato infected with Cladosporium fulvum (syn. Fulvia fulva). Physiological and Molecular Plant Pathology 33(1): 59-67.
Schirawski, J., Mannhaupt, G., Münch, K., Brefort, T., Schipper, K., Doehlemann, G. Di Stasio, M., Rössel, N., Mendoza-Mendoza, A., Pester, D. and Müller, O. 2010. Pathogenicity determinants in smut fungi revealed by genome comparison. Science 330(6010): 1546-1548.
Song, J., Win, J., Tian, M., Schornack, S., Kaschani, F., Ilyas, M., van der Hoorn, R.A. and Kamoun, S. 2009. Apoplastic effectors secreted by two unrelated eukaryotic plant pathogens target the tomato defense protease Rcr3. PANS 106(5): 1654-1659.
Sperschneider, J., Dodds, P.N., Gardiner, D.M., Singh, K.B. and Taylor, J.M. 2018. Improved prediction of fungal effector proteins from secretomes with EffectorP 2.0. Molecular Plant Pathology 19(9): 2094-2110.
Strange, R.N. and Scott, P.R. 2005. Plant disease: a threat to global food security. Annual Review of Phytopathology. 43: 83-116.
Stephenson, S.A., Hatfield, J., Rusu, A.G., Maclean, D.J. and Manners, J.M. 2000. CgDN3: an essential pathogenicity gene of Colletotrichum gloeosporioides necessary to avert a hypersensitive-like response in the host Stylosanthes guianensis. Molecular Plant-Microbe Interactions 13(9): 929-941.
Stergiopoulos, I., de Kock, M.J., Lindhout, P. and de Wit, P.J. 2007. Allelic variation in the effector genes of the tomato pathogen Cladosporium fulvum reveals different modes of adaptive evolution. Molecular Plant-Microbe Interactions 20(10): 1271-1283.
Stergiopoulos, I. and de Wit, P.J. 2009. Fungal effector proteins. Annual Review of Phytopathology 47: 233-263.
Takken, F.L., Luderer, R., Gabriëls, S.H., Westerink, N., Lu, R., De Wit, P.J. and Joosten, M.H. 2000. A functional cloning strategy, based on a binary PVX‐expression vector, to isolate HR‐inducing cDNAs of plant pathogens. The Plant Journal 24(2): 275-283.
Thomas, C.M., Dixon, M.S., Parniske, M., Golstein, C. and Jones, J.D. 1998. Genetic and molecular analysis of tomato Cf genes for resistance to Cladosporium fulvum. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B: Biological Sciences 353(1374): 1413-1424.
Thomma, B.P., van Esse, H.P., Crous, P.W. and de Wit, P.J. 2005. Cladosporium fulvum (syn. Passalora fulva), a highly specialized plant pathogen as a model for functional studies on plant pathogenic Mycosphaerellaceae. Molecular Plant Pathology 6(4): 379-393.
Tuori, R., Wolpert, T. and Ciuffetti, L. 1995. Purification and immunological characterization of toxic components from cultures of Pyrenophora tritici-repentis. Molecular Plant-Microbe Interactions 9(43): 10.3.
Van Kan, J.A. 2006. Licensed to kill: the lifestyle of a necrotrophic plant pathogen. Trends in plant science 11(5): 247-253.
Van den Burg, H.A., Harrison, S.J., Joosten, M.H., Vervoort, J. and de Wit, CP.J. 2006. ladosporium fulvum Avr4 protects fungal cell walls against hydrolysis by plant chitinases accumulating during infection. Molecular Plant-Microbe Interactions 19(12): 1420-1430.
Van der Does, H.C., Duyvesteijn, R., Goltstein, P., Schie, C., Manders, E., Cornelissen, B and Rep, M. 2008. Expression of effector gene SIX1 of Fusarium oxysporum requires living plant cells. Fungal Genetics Biology 45(9): 1257-1264.
van Esse, H.P., Bolton, M.D., Stergiopoulos, I., de Wit, P.J. and Thomma, B.P. 2007. The chitin-binding Cladosporium fulvum effector protein Avr4 is a virulence factor. Molecular Plant-Microbe Interactions 20(9): 1092-1101.
Vleeshouwers, V.G. and Oliver, R.P. 2014. Effectors as tools in disease resistance breeding against biotrophic, hemibiotrophic, and necrotrophic plant pathogens. Molecular pLant-Microbe Interactions 27(3): 196-206.
Wollenberg, T. and Schirawski, J. 2014. Comparative genomics of plant fungal pathogens: The Ustilago sporisorium paradigm. PLoS Pathogy 10(7): e1004218.
Yoshida, M., Takayanagi, Y., Inoue, K., Kimura, T., Young, L.J., Onaka, T. and Nishimori, K. 2009. Evidence that oxytocin exerts anxiolytic effects via oxytocin receptor expressed in serotonergic neurons in mice. Journal of Neuroscience 29(7): 2259-2271.
Yu, I., Parker. J. and Bent A.F. 1998. Gene-for-gene disease resistance without the hypersensitive response in Arabidopsis dnd1 mutant. PNAS 95(13): 7819-7824.
Zhao, T., Pei, T., Jiang, J., Yang, H., Zhang, H., Li, J. and Xu, X. 2022. Understanding the mechanisms of resistance to tomato leaf mold: A review. Horticultural Plant Journal 8(6): 667-675.
اساس ژنتیک مولکولی برهمکنش بین افکتورهای بیمارگرهای قارچی با گیاهان میزبان
چکیده
زمانی که یک گیاه بیمار می شود و یا حتی بعد از حمله یک بیمارگر مصون می ماند برهمکنش های مولکولی زیادی بین آنها رخ می دهد که باعث می شود این تعاملات بین عامل بیماری زا و میزبان گیاهی اش سازگار (بیماری ایجاد) و یا ناسازگار (عدم ایجاد بیماری) گردد. عوامل بیماری زای گیاهی دارای سبک زندگیهای متنوعی در جهت توسعه موفق در اندامهای گیاهی هستند و همگی آنها دارای مکانیسم های متنوعی در راستای ضعیف کردن میزبان گیاهی خود می باشند. تمام این مکانیسم ها دارای اجزای مختلفی هستند که اساس ژنتیکی دارند. استقرار موفق و آلوده سازی میزبان گیاهی به توانایی بیمارگرهای قارچی در راستای تغییر گیاهان زنده برای کسب مواد غذایی موردنیازشان در جهت رشد و تکثیر وابسته هستند. ترشح مواد پروتئینی مهم و تعیین کننده بیماریزایی (افکتورها) یک فاکتور اساسی و تعیین کننده کلونیزاسیون و آلودهسازی میزبان محسوب می شوند. پروتئین های افکتوری قادر به سرکوب پاسخ های دفاعی گیاه و تغییر فیزیولوژی گیاه در راستای توسعه کلونیزاسیون گیاهی هستند. هدف اين مقاله مروری، بررسی اساس ژنتیکی تعاملات مولکولی برهمکنش بین افکتورهای بیمارگرهای قارچی و گیاهان میزبان آنها با تأکید بر افکتورهای به خوبی شناخته شده در پاتوسیستم متشکل از بیمارگر قارچی Cladosporium fulvum و گیاه گوجه فرنگی است.
واژه های کلیدی: افکتور، بیمارگرهای قارچی،نقش بیولوژیکی، تعاملات متقابل
مقدمه
بیمارگرهای قارچی گیاهی به دلیل تهدیدهایی که برای امنیت غذایی و کاهش عملکرد محصولات کشاورزی در سرتاسر جهان تحمیل مینمایند، از لحاظ اقتصادی مهم هستند. تخمین زده شده است که این بیماریها تقریبا سالانه باعث کاهش ۱۰ درصدی تولید جهانی کشاورزی میشوند(Oerke 2006). کشاورزان در جهت کاهش یا اجتناب از بیماری های قارچی گیاهی به استفاده از ارقام مقاوم و یا کاربرد متعدد قارچکشها که میتواند اثرات منفی بر محیط زیست و سلامت انسان داشته باشد وابسته هستند. علاوه براین، رویکردهای رایج تک کشتی، که در طی آن یک ژنوتیپ گیاهی در یک منطقه وسیع کشت و کار میشود، روند انتخاب ایزولههای قارچی که قادر به شکستن مقاومت در محصولات زراعی هستند را افزایش میدهد. این قبیل اقدامات کشاورزی نیاز به توسعه و معرفی ژنهای مقاومت جدید به داخل محصولات کشاورزی، از طریق برنامه های اصلاح زراعی را افزایش میدهد (Lo Presti et al. 2015; Strange et al. 2005). سبک زندگی بیمارگرهای قارچی بسیار متنوع است و آنها از رویکردهای منحصر به فردی در جهت تعامل با گیاهان میزبان استفاده میکنند. به عنوان مثال، بیوتروف‌های قارچی بیمارگرهایی هستند که زندگی‌شان به مواد غذایی کسب شده از یک سلول زنده وابسته است، طوریکه اگر سلول میزبان نابود شود، بیمارگر نیز از بین میرود. مهمترین مثال‌ها در این مورد شامل اوومیستها، عوامل ایجادکننده سفیدکهای دروغی (به عنوان مثال گونههای مختلف بیمارگر شبه قارچیPeronspora spp.)، آسکومیست‌ها، عامل ایجادکننده سفیدک پودری (گونههای مختلف بیمارگر قارچیBlumeria spp.) و یا بازیدیومیست‌ها، عامل ایجادکننده زنگ‌ها (گونههای مختلف بیمارگر قارچیPuccinia spp.) هستند. این گونه بیمارگرهای بیوتروفی، به یکسری ساختارهای تغذیهای تخصص یافته به عنوان مثال اندام مکینه یا هاستوریوم جهت دریافت مواد غذایی از سلول میزبان وابسته هستند .(Mendgen et al. 2002)درمقابل، قارچهای نکروترفی ابتدا با تولید توکسین و آنزیمهای متنوع تخریبکننده دیواره سلولی، بافت میزبان را از بین برده و سپس از مواد غذایی آزاد شده استفاده میکنند و اغلب به عنوان بیمارگرهایی با دامنه میزبانی وسیع مانند بیمارگرهای قارچی Botrytis cinerea وSclerotinia sclerotiorum توصیف شدهاند.(Van Kan JA. 2006) از طرف دیگر، بیمارگرهای همی‌بیوتروفی در ابتدای کلنیزاسیون گیاهی دارای رشد نکروتروفی بوده و سپس بعد از اتمام این دوره وارد یک فاز نکروتروفی میشوند. علیرغم تنوع موجود در بین سبکهای زندگی، بیمارگرهای قارچی کلنیزه کننده گیاهان از طریق سیستم ایمنی ذاتی گیاهی تشخیص داده میشوند که این امر پاسخهای دفاعی گیاه میزبان را به دنبال دارد(Ghiasi Noei et al. 2022). حس و درک بیمارگرهای گیاهی توسط سیستم ایمنی گیاهان پاسخهای سیستمیک و موضعی را تحریک مینماید که این امر امکان پاسخهای سریع و موضعی گیاه را در برابر حمله بیمارگرهای قارچی فراهم مینماید. در واقع سیستم ایمنی ذاتی گیاهان از دو لایه تشکیل شده است، که اساس آن بر این امر استوار است که تشخیص بیمارگرهای قارچی توسط گیرندههای پروتئینی گیاه منجر به فعال شدن واکنشهای دفاعی در گیاه میشود.
سیستم ایمنی ذاتی گیاهان
اولین لایه دفاعی به دنبال برهمکنش بین الگوهای مولکولی همراه با بیمارگر (Pathogen associated molecular patterns=PAMP) و پروتئینهای گیرندهای به نام گیرندههای تشخیص الگویی (Pathogen recognition receptors=PRR) فعال میگردد. مولکولهای PAMP اجزای اصلی و حفاظت شدهی گروههای مختلفی از بیمارگرها بوده و یکی از شناخته شدهترین این مولکولها، کیتین موجود در دیواره سلولی قارچ ها است که برای آن دو کیناز شبه گیرنده از نوع LysMوجود دارد. وجود این گیرندهها و نقش مهم آنها در تشخیص مولکولهای کیتین در دو گیاه برنج و آرابیدوپسیس تایید شدهاست. حس و درک مولکولهای PAMP از طریق گیرندههای پروتئینی موجود در غشاء سلولی گیاه، منجر به فعال شدن اولین لایه دفاعی گیاه یا ایمنی تحریک شده مبتنی بر مولکولهای PAMP (PAMP-triggered immunity=PTI) میگردد. همانطور که قبلا ذکر گردید، فعال شدن اولین لایه دفاعی گیاه (PTI) منجر به یکسری از پاسخهای دفاعی میگردد. این پاسخها شامل فعال شدن ژنهای دخیل در مسیرهای دفاعی از قبیل ژنهای درگیر در تولید فیتوالکسینها، ژن های کدکننده پروتئینهای مرتبط با بیماریزایی، ژنهای درگیر در تولید هورمونهای گیاهی مانند سالیسیلیک اسید، جاسمونیک اسید و اتیلن و افزایش ضخامت دیواره سلولی و رسوب کالوسی در محل آلودگی است.
لازم به ذکر است که اولین لایه دفاعی در واقع سطحی از مقاومت پایهای را در گیاه مورد حمله ایجاد مینماید و یا به عبارتی، در نتیجه این واکنشهای دفاعی پیشروی بیشتر بیمارگر ممانعت میشود ولی رشد و تکثیر بیمارگر در داخل بافتهای گیاهی انجام میگیرد. در واقع، مقاومت حاصل از فعال شدن اولین لایه دفاعی، یک نوع مقاومت کمی در برابر انواع مختلفی از بیماگرها را به وجود میآورد. بعد از تشخیص بیمارگرها و فعال شدن اولین لایه دفاعی، بیمارگرهای قارچی مولکولهای پروتئینی دیگری تحت عنوان افکتورها را درجهت آلودگی و کلنیزاسیون بیشتر بافتهای گیاهی تولید مینماید. امروزه، به صورت گستردهای پذیرفته شدهاست که اغلب ژنهای غیربیماریزایی قارچی، فاکتورهای بیماریزایی تحت عنوان افکتورها را رمزگذاری میکنند. در طی تکامل، گیاهان میزبان ژنهایی تحت عنوان ژنهای مقاومت کسب مینمایند که نقش اصلی محصولات پروتئینی رمزگذاری شده توسط این ژنها، حس و درک پروتئینهای افکتوری میباشد.
زمانی که مقاومت پایهای در گیاهان از طریق یک بیمارگر از بین میرود، گیاهان به این موضوع از طریق توسعه یک سیستم تشخیصی اختصاصی مبتنی بر درک پروتئین های افکتوری واکنش نشان داده و در نهایت دومین لایه دفاعی گیاه یا ایمنی تحریک شده مبتنی بر افکتور که منجر به پاسخ های دفاعی قوی و سریع در گیاهان میشود، روی میدهد. در دومین لایه دفاعی گیاهان، تشخیص اختصاصی افکتورها از طریق گیرندههای داخلسلولی (محصولات پروتئینی رمزگذاری شده به وسیله ژنهای مقاومت) رخ دهد. با فعال شدن دومین لایه دفاعی گیاه، واکنشهای دفاعی مشابه به آنچه که با فعال شدن اولین لایه دفاعی گیاه رخ میدهد، بوجود میآید ولی این واکنشها بسیار قوی، سریع و همراه با مرگ برنامهریزی شده سلولی (PCD1) میباشد. اساساً، پروتئینهای افکتوری، فاکتورهای بیماریزایی هستند که با تغییر فیزیولوژی گیاه منجر به کلنیزاسیون بافتهای گیاهی میزبان میگردند. اگر این فاکتورهای بیماریزایی توسط سیستم ایمنی گیاه حس و درک شوند، این مولکولهای افکتوری را فاکتورهای غیربیماریزایی مینامند. به خوبی مستند شده است که تشخیص افکتورها به وسیله سیستم ایمنی ذاتی گیاه از مدل ژن برای ژن پیروی مینماید. این مدل بیانگر این امر است که برای هر ژن غیربیماریزای غالب (Avr) در بیمارگر یک ژن مقاومت متناظر (R) در گیاه میزبان وجود دارد. تعاملات متقابل بین محصولات این ژنها منجر به فعال سازی دومین لایه دفاعی گیاه میزبان میگردد که در این حالت رشد و تکثیر بیمارگرهای بیوتروفی در بافت های گیاهی مورد حمله به طور کامل متوقف میگردد. این پاسخهای دفاعی همیشه همراه با مرگ برنامهریزی شده سلولی و یا واکنش فوق حساسیت (Hypersensitivity reactions=HR) میباشد. در حال حاضر، بسیاری از آسیب شناسان گیاهی در جستجوی مدارک مولکولی و بیوشیمیایی برای اثبات نظریه ژن برای ژن هستند. همسان سازی مولکولی اولین ژن غیربیماریزایی قارچی در سال 1991 و اولین ژن غیربیماریزایی اواومیستها در سال 2004 انجام شد. در طی 20 سال اخیر ژنهای غیربیماریزایی جدید متعددی همراه با تغییرات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی فعال شده در گیاهان که از مدل ژن برای ژن تبعیت میکنند شناسایی شده اند، که این امر فهم و درک مولکولی نظریه ژن برای ژن را به صورت قابلتوجهی افزایش داده است.(Kema et al. 2018; Ghiasi Noei et al. 2022)
تشخیص بیمارگرها توسط سیستم ایمنی گیاه منجر به ایجاد تغییراتی در بیمارگرها میگردد که طی آن بیمارگرها از طریق ایجاد جهش یا از دست دادن پروتئینها افکتوری قبلی و یا از طریق توسعه افکتورهای جدیدی که میتواند دومین لایه دفاعی گیاه را سرکوب نمایند، خود را مجهز میکنند. در مقابل گیاهان نیز، پروتئینهای مقاومت جدیدی که تشخیص پروتئینهای افکتوری جدید را امکان پذیر میکنند، توسعه میدهند.
امروزه مشخص شده است که تعاملات مولکولی متقابل بین بیمارگرهای قارچی نکروتروفی با گیاهان میزبانشان از مدل ژن برای ژن پیروی نمینماید. اخیراً مدلی تحت عنوان مدل معکوس ژن برای ژن ارایه گردیده است که این تعاملات را به خوبی توصیف مینماید. این مدل بیانگر این امر است که توکسینهای انتخابی میزبانی (HSTs1 ) با ماهیت پروتئینی به عنوان افکتور عمل نموده و در گیاهان حاوی ژن حساسیت متناظر باعث ایجاد نکروز یا مرگ سلولی میشوند. توکسینهای انتخابی میزبانی درواقع افکتورهایی هستند که توسط تعدادی از بیمارگرهای قارچی نکروتروفی از جمله tritici-repentis Pyrenophora و Parastagonospora nodorum تولید میشوند و اغلب توانایی تولید بیماری را به بیمارگر اعطا می نمایند. اغلب بیماریهای ایجاد شده توسط بیمارگرهایی که تولید توکسین میکنند از مدل معکوس ژن برای ژن پیروی می نمایند، که در این حالت تولید توکسین توسط بیمارگر و حضور یک جایگاه ژنی منفرد در میزبان برای ایجاد بیماری و حساسیت میزبان به بیمارگر برروی یک میزبان خاص عوامل تعیین کننده ای هستند Friesen et al. 2007) .(Ciuffetti et al. 2010;
اهميت تحقيقات در زمينه افكتورها
صدها پروتئين كوچك، كه بعنوان افكتور شناساسي شدهاند، توسط بیمارگرهای گياهي در طی كلنيزاسيون ميزبان ترشح ميشوند Duplessis et al. 2011) Yoshida et al. 2009 Kämper et al. 2006; Dean et al. 2005; .( اطلاعات محدودي در رابطه با عملكرد بيشتر افكتورها موجود است و هر كدام از آنها از نظر توالي همولوژي پاييني با پروتئين هایی كه قبلا عملكردشان مشخص شده است نشان ميدهند. با اين وجود، مجموعه افكتورهاي يك بيمارگر عامل تعيين كننده اصلي در تعیین ميزباني آن بیمارگر است و ميتوانند در موفقيت يا عدم توفیق بیمارگر در میدان مبارزه با میزبان موثر باشند Sánchez-Vallet et al. 2018) .( Raffaele et al. 2010
مطالعات مولكولي و ژنومیکی منجر به شناسایی بيش از 60 افكتور قارچي متعلق به گونههاي مختلف شده است. با اين وجود، انتخاب عوامل افكتوري بعنوان منتخب از هر گونه بيمارگر بسیار دشوار است (Sperschneider et al. 2015). بعنوان مثال، در مورد گونه Blumeria graminis f.sp. horde عامل سفيدك پودري گندم به تنهايي انتظار مي رود كه تقريبا 7% از ژنوم آن پروتئين هاي افكتور ترشحي منتخب (2CSEPs) را كد نمايد(Pedersen et al. 2012) .
تحقیقات بنيادي انجام شده در رابطه با افكتورها، یک مرحله اساسی در رابطه با طراحي استراتژيهاي جديد كنترل بيمارگرهای گياهي است. افكتورها نقش مهمي در اصلاح محصولات كشاورزي ايفا ميكنند، بطوريكه در جهت رديابي ژنهاي مقاومت در ارقام جديد، افكتورهاي شناسايي شده ميتوانند در جهت تعيين لوكوسهاي حساسيت در محصولات آسيب پذير استفاده گردند (Vleeshouwers et al. 2014)
مشخصات ساختاری
بیمارگرها، پروتئینهای افکتوری را تولید مینمایند که در نهایت ممکن است به داخل فضای آپوپلاستی (افکتورهای آپوپلاستی) و یا به داخل سلولهای میزبان (افکتورهای سیتوپلاسمی) منتقل شوند. افکتورها اغلب به وسیله شبکه آندوپلاسمی دستگاه گلژی که نیازمند یک پپتید انتهایی هیدروفوبیکی است، ترشح میشوند. تاکنون تمامی افکتورهای شناسایی شده قارچی وشبهقارچی دارای یک سیگنال پی3 میباشند. افکتورها به دنبال ترشح به داخل فضای آپوپلاستی ممکن است به داخل سیتوپلاسم سلولهای میزبان منتقل شوند. در اوومیستها تاکنون دو گروه مشخص از افکتورهای سیتوپلاسمی شامل RXLRs و CRINKLERs توصیف شدهاند. اغلب افکتورهای قارچی و شبهقارچی که از لحاظ عملکرد توصیف شدهاند، دارای سیگنال پی در انتهای پروتئین بوده و از نظر اندازه کوچکتر از ۳۰۰ اسیدآمینه و حاوی چهار یا تعداد بیشتری اسیدآمینه سیستئین هستند.
شناسایی افکتورها
رویکردهای متنوعی منجر به شناسایی افکتورها یا ژنهای آنها از قارچهای بیمارگر گیاهی شده است. سادهترین رویکرد شامل جداسازی پروتئینهای افکتوری از مایعات خارج سلولی بافتهای آلوده گیاهی میباشد. بعد از جداسازی، این پروتئینها از طریق شکستن به روش ادمن4 و طیف سنج جرمی متوالی5 توالی یابی میشوند. با استفاده از این رویکرد، افکتورهای Avr4، Avr4E، Avr9، Ecp5 (پروتئینهای خارج سلولی از قارچ C. fulvum) و همچنین افکتور Six1 (پروتئین ترشحی در آوند چوبی6) از بیمارگرقارچی Fusarium oxysporum و دو پپتید از قارچ Uromyces vignae شناسایی شدهاند. در مواردی، فعالیت القاءکنندگی نکروزی در برگها در جهت خالصسازی یک پروتئین از عصارههای آپوپلاستی استفاده شد D'Silva et al. 1997) (Schottens-Toma; et al. 1988. لازم به ذکر است که در یک رویکرد مرتبط، پروتئینهای Nip1، ToxA و ToxB از محیط کشتهای مصنوعی براساس فعالیت القاءکنندگی نکروزی و کلروزی شناسایی شدهاند Ballance et al. 1989) (Tuori et al. 1995;. یک رویکرد کاملاً متفاوت دیگر شامل غنی‌سازی توالیهای DNA قارچی است که اختصاصاً در میزبان از طریق تکنیک‌های کاهشی cDNA بیان میشوند. ژنهای MIG1 وMIG2 در بیمارگر قارچی Ustilago maydis از طریق این رویکرد با استفاده از مقایسه برگهای ذرت آلوده وغیرآلوده شناسایی شدهاند Basse et al. 2002) (Basse et al. 2000;. پروتئینCgDN3 از قارچ Colletotrichum gloeosporioides از طریق غربالگری کتابخانه cDNA ساخته شده از میسلیوم رشد کرده تحت فقر نیتروژن شناسایی شده است. آنالیزهای عملکردی نشان داد که این پروتئین منحصراً داخل گیاه بیان میشود و در تعامل مرتبط با گیاه میزبان نقش دارد (Stephenson et al. 2000). یک رویکرد متفاوت دیگر که در آن ژنهای افکتوری شناسایی شدهاند، شامل نقشهیابی ژنتیکی7 است که بر اساس یک فنوتیپ غیربیماریزا است و به کمک این رویکرد ژنهای AvrL567 از قارچ Melampsora lini و Avr-Pita، Avr1- CO39، PWL1 و PWL2 از قارچ Magnaporthe grisea شناسایی شدهاند. علاوه براین، یک غربالگری نوین براساس القاء نکروز به دنبال اگرواینفیلتریشن8 در راستای بیان cDNA ژنهای مورد نظر در برگها منجر به شناسایی توالیهای رمزگذاری کننده برای پروتئینهای ترشحی که قبلاً شناسایی شده بودند شامل Avr2 از قارچ C. fulvum شده است Luderer et al. 2002) (Takken et al. 2000;. اخیراً یک ابزار بیوانفورماتیکی به نام EffectorP معرفی شده است که اولین برنامه‌ای است که از ویژگی های عمومی ذکر شده در جهت ارتقاء پیش‌بینی پروتئینهای قارچی افکتوری از سکرتوم9 استفاده مینماید (Sperschneider et al. 2018). با توجه به اینکه این برنامه از خصوصیات مبتنی بر توالی در جهت پیش‌بینی افکتورهای قارچی از سکرتوم استفاده مینماید، وابستگی مستقیم به خصوصیات ذکر شده قبلی مربوط به انتخاب افکتورها مانند بیان افتراقی در شرایط گیاهی را محدود مینماید. در هرصورت، افکتورهای قارچی یک گروه بسیار ناهمگن از پروتئینها هستند و اگرچه رویکردهای جدیدی مانند EffectorP، این امر را تسهیل بخشیده است، اما به صورت کلی شناسایی و انتخاب افکتورهای قارچی فرایند بسیار دشواری مییاشد(Mirzadi Gohari et al. 2015) . دسترسی به توالی ژنوم کامل بیمارگرهای خویشاوند یا استرین های مختلف از یک گونه بیمارگر امکان مطالعات مقایسهای در جهت شناسایی افکتورهای اصلی یا افکتورهای مختص دودمان را فراهم نموده است. مقایسه ژنوم بیمارگرهای قارچی گیاه ذرت شامل Ustilago maydis و Sporisorium reilianum منجر به شناسایی ۴۳ ناحیه ژنومی گردیده است که برخی از آنها در یکی از گونه ها کاملاً وجود نداشت. قابل توجه است که این نواحی واگرا حاوی ژنهایی بودند که منحصراً در شرایط گیاهی بیان میشوند و پروتئینهای ترشحی (افکتورها) را رمزگذاری می‌نمودند. حذف ژنها در این نواحی غنی از افکتور نقش آنها را در بیماریزایی این بیمارگرها اثبات نمود. درنتیجه، این مطالعه توانایی ژنومیکس مقایسهای را در انتخاب ژنها به عنوان منتخب های افکتوری نشان میدهد(Schirawski et al. 2010) . علاوه بر این، مقایسه ژنوم بیمارگرها نقش مهمی در جهت شناسایی افکتورهای اصلی و مختص دودمان بازی مینماید. برای مثال، مقایسه ژنومیکی چندین استرین از بیمارگر آوندی Verticillium dahlia منجر به شناسایی نواحی ژنومیکی بزرگ مختص دودمان گردید که این نواحی منحصراً در یک زیر مجموعه از جمعیتهای بیمارگر وجود دارند. این نواحی غنی از ژنهای منتخب افکتوری (ژنهایی که منحصراً در شرایط گیاهی بوده و منجر به تولید پروتئینهای ترشحی میشوند) هستند و در کلنیزاسیون بافتهای گیاه میزبان مشارکت دارند(De Jonge et al. 2013) . ژنهای افکتوری در بیمارگرهای گیاهی مانند Leptosphaeria maculans وF. oxysporum بر روی کروموزومهای خاصی تحت عنوان کروموزومهای غیرضروری قرار دارند که در رشد بیمارگر نقشی نداشته، اما در بیماریزایی این بیمارگرها مشارکت دارند Balesdent et al. 2013) (Ma et al. 2010; . مقایسه اینگونه کروموزوم‌ها بین بیمارگرهای مرتبط، کشف و شناسایی افکتورها را تسهیل نموده است. به عنوان مثال، مقایسه کروموزومهای غیرضروری بین بیمارگر قارچی آلودهکننده حبوبات Fusarium oxysporum f. sp. medicaginis با کروموزومهای F. oxysporum f.sp. pisi و F. oxysporum f. sp. ciceris منجر به شناسایی نواحی ژنومی کوچک و حفاظت‌شدهای گردیده است که حاوی ژن هایی هستند که منحصراً در شرایط گیاهی بیان شده اند و پروتئینهای ترشحی را تولید می نمایند (Balesdent et al. 2013). همانطور که قبلاً ذکر شد مقایسات ژنومیکی می‌توانند در شناسایی افکتورهایی که توسط سیستم ایمنی ذاتی تشخیص داده میشوند، استفاده شوند. مقایسه استرینهای بیماریزا و غیربیماریزا میتواند منجر به شناسایی چندشکلیهای تکنوکلئوتیدی (SNPs10) در نواحی کدکنندگی یک پروتئین یا کشف چند شکلیهای حضور و عدم حضور در نواحی ژنومیکی مختص یک استرین بیماریزا یا غیربیماریزا میشوند. به عنوان مثال، ژنومیک مقایسهای چندین استرین بیماریزا و غیربیماریزا در بیمارگرV. dahlia منجر به شناسایی یک ناحیه به طولkb ۵۰ گردید، که در این ناحیه یک ژن افکتوری به شدت بیان می‌شد. مطالعه دقیقتر نشان داد که این ناحیه در استرینهای غیربیماریزا وجود داشته ولی استرینهای بیماریزا فاقد آن هستند و متعاقباً اثبات گردید که این افکتور فاکتور بیماریزایی به نام Ave1 است که از طریق گیاهان گوجهفرنگی حاوی پروتئین مقاومت Ve1 شناسایی میگردد.
پاتوسیستم متشکل از بیمارگر قارچی Cladosporium fulvum و گیاه گوجهفرنگی
در راستای بررسی اساس ژنتیکی نقش افکتورها در تعاملات متقابل با گیاهان میزبان از یافته های موجود در پاتوسیستم متشکل از بیمارگر قارچی Cladosporium fulvum و گیاه گوجهفرنگی در این قسمت استفاده خواهد شد. قارچ C. fulvum یک بیمارگر قارچی بیوتروفی غیراجباری میباشد که بیماری کپک برگی گوجهفرنگی را ایجاد میکند. منشاء این بیمارگر احتمالاً آمریکای مرکزی و جنوبی که منشا اصلی گیاه گوجه فرنگی (Solanum lycopersicum L.) نیز است، میباشد. تاکنون، هیچ میزبان دیگری غیر از گیاه گوجهفرنگی برای این بیمارگر گزارش نشده است. اولین گزارش در مورد وقوع این بیماری بر روی گیاه گوجهفرنگی مربوط به سال 1883 در کارولینای شمالی آمریکاست(Cooke 1883) . قبل از دهه 1960 این بیمارگر خسارت اقتصادی جدی در تولید گیاه گوجهفرنگی در سرتاسر جهان ایجاد میکرد، ولی بعد از مدتی به دلیل وارد کردن چندین ژن مقاومت Cf به این بیماری از گونههای وحشی گیاه گوجهفرنگی به داخل ارقام تجاری، آلودگی ناشی از این بیمارگر را تا حد زیادی کاهش داد. در هرصورت، اپیدمیهای اخیر در تعدادی از کشورها که ارقام گوجهفرنگی فاقد ژنهای مقاومت Cf در آنها کشت و کار میشود و یا در مناطقی که کشت و کار ارقام گوجهفرنگی منجر به توسعه استرینهای قارچی که قادر به شکستن مقاومت ناشی از ژنهای مقاومت Cf هستند، گزارش شده است(De Wit 1992) . به دلیل اینکه ژنوم گیاه گوجهفرنگی به طور کامل توالییابی شده است و نژادهای متعددی از این بیمارگر که با ژنهای مقاومت Cf در یک رقم خاص گیاه گوجهفرنگی در تعامل متقابل هستند، شناسایی شده است، این پاتوسیستم به عنوان یک مدل در جهت مطالعه مولکولی تعاملات متقابل یک بیمارگر قارچی با یک گیاه مطرح شدهاست.(Thomma et al. 2005)
تعاملات سازگار و ناسازگار در پاتوسیستم بیمارگر قارچی Cladosporium fulvum و گیاه گوجهفرنگی
در شرایط رطوبت نسبی بالا و دمای پایین، کنیدیهای این بیمارگر در جهت توسعه هیفهای رونده بر روی سطح پایین برگهای گیاه گوجهفرنگی جوانه میزند که این هیفها از طریق منافذ طبیعی (روزنهها) وارد برگهای گیاه گوجهفرنگی میشوند. این هیفها بعد از نفوذ ضخیمتر شده و فضای آپوپلاستی اطراف سلولهای مزوفیل گیاه گوجهفرنگی را کلنیزه میکنند. در این بیمارگر ساختارهای تغذیهای اختصاصی مانند اندام مکینه تولید نمیشود ولی این بیمارگر در فضای آپوپلاستی حاوی قندها و اسیدهای آمینه (ساکارز و گلوتامین) زندگی مینماید(Joosten et al. 1999) . تقریباً 14-10 روز بعد از نفوذ، این بیمارگر تعداد زیادی کنیدیوفور طویل که از روزنههای سطح پایین برگهای آلوده شده خارج میشوند، تولید مینماید. این رخدادها در واقع تعاملات سازگار در این پاتوسیستم محسوب میگردد که در طی آن گیاه گوجهفرنگی آلوده میشود. با این حال، در تعاملات ناسازگار در محل ورود هیف رونده به داخل فضای آپوپلاستی، سلولهای مزوفیلی گیاه گوجهفرنگی حضور این بیمارگر را تشخیص داده و واکنشهای دفاعی شامل واکنش فوقحساسیت که رشد بیشتر بیمارگرهای بیوتروفی را مانع میشود، روی میدهد(Stergiopoulos et al. 2009).
در طی آلودگی، این بیمارگر پروتئینهای ترشحی کوچک غنی از اسیدآمینه سیستئین که کوچکتر از 21 کیلو دالتون هستند را به داخل فضای آپوپلاستی گیاه گوجهفرنگی ترشح مینماید که در عدم حضور پروتئین متناظر مقاومتی Cf به عنوان یک فاکتور بیماریزایی عمل نموده و در صورت حضور پروتئین متناظر موجب تحریک لایه دوم دفاعی گیاه گوجهفرنگی میشود. این افکتورها امکان حمله و تجمع این بیمارگر را در بافتهای گوجهفرنگی فراهم مینمایند .این پروتئینهای افکتوری شامل Avr2، Avr4، Avr4E و Avr9 هستند که تعاملات این افکتورها توسط پروتئین های مقاومتی متناظر در گیاه به نامهای Cf-2، Cf-4، Cf-4E و Cf-9 تشخیص داده میشوند. علاوه بر اینها، چهار پروتئین خارج سلولی11 شامل Ecp1، Ecp2، Ecp4 و Ecp5 از این بیماگر توصیف شده است، که تعاملات متقابل آنها با پروتئین متناظر در لاینهای گوجهفرنگی باعث ایجاد واکنش فوقحساسیت میشود. لازم به ذکر است اخیراً دو پروتئین از این دسته به نامهای Ecp6 و Ecp7 نیز شناسایی شدهاست، اما لاینهای گوجه فرنگی حاوی پروتئینهای مقاومتی متناظر با آنها شناسایی نشدهاست. تعدادی از این افکتورها، فاکتورهای بیماریزایی تهاجمی12 (مانند افکتورAvr2) یا فاکتورهای بیماریزایی دفاعی13 (مانند افکتورهایAvr4 و Ecp6) هستند Stergiopoulos et al. 2009) (De Jonge et al. 2009;. همانطوری که قبلا ذکر گردید زمانی که یک فاکتور بیماریزایی از طریق سیستم ایمنی یک گیاه مقاوم تشخیص داده شود این فاکتور به عنوان فاکتور غیربیماریزایی شناخته میشود. در سطح مولکولی، تشخیص افکتورهای این بیمارگر به وسیله گیاه گوجهفرنگی از طریق پروتئینهای مقاومت Cf، انجام میشود. این گیرندهها درواقع گلیکوپروتئینهای خارج سیتوپلاسمی هستند که در غشا یک سلول گیاه گوجهفرنگی قرار گرفتهاند و متعلق به گروههای پروتئینی شبهگیرنده (RLPs14) هستند .(Thomas et al. 1998) تحقیقات نشان داده است که حس و درک فاکتورهای غیربیماریزایی از طریق پروتئینهای مقاومت Cf متناظر در گیاه گوجهفرنگی پاسخهای دفاعی مانند واکنش فوقحساسیت را فعال مینماید(Rivas et al. 2005) . تاکنون ده ژن تولیدکننده افکتور در این بیمارگر شامل ژنهای Avr2 ، Avr4، Avr4E و Avr9 و شش ژن کدکننده پروتئینهای خارج سلولیEcp شناسایی شدهاست. تصور بر این است که افکتورهای مختلف این بیمارگر عملکردهای ذاتی متفاوتی در ارتباط با بیماریزایی بر روی گیاه گوجهفرنگی دارا هستند. تاکنون نقش بیولوژیکی ذاتی تنها سه افکتورشامل Avr2، Avr4 و Ecp6 بهخوبی توصیف شدهاست، نقش دیگر پروتئینهای افکتوری به عنوان فاکتور بیماریزایی جدید در این پاتوسیستم به اثبات رسیده است ولی نقش بیولوژیکی ذاتی آنها تاکنون نامشخص است(Stergiopoulos et al. 2009) .
افکتورAvr2
از لحاظ اندازه پروتئین بالغ Avr2 از 58 اسیدآمینه تشکیل شده است که شناسایی این افکتور توسط سیستم ایمنی لاینهای گوجهفرنگی حاوی ژن مقاومت Cf-2 باعث بروز واکنش فوق حساسیت بر روی این گیاهان میشود. هشت اسیدآمینه سیستئین موجود در ساختار این افکتور در تشکیل چهار پل دیسولفیدی درگیر بوده که نقش بسزایی در پایداری این مولکول در فضای آپوپلاستی گیاه گوجهفرنگی بازی مینمایند(Luderer et al. 2002) . درطی فرایند بیماریزایی، پروتئین Avr2 مانع از فعالیت چهار پروتئاز سیستئینی در گیاه گوجه فرنگی شامل Rcr3، Pip1، aleurain و TDI65 میشود و به این ترتیب، با هدف قرار دادن و مهار پروتئازهای میزبان که در سیستم دفاعی میزبان از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند، یک نقش تهاجمی در بیماریزایی این بیمارگر ایفا میکند(Krüger et al. 2002) . در حقیقت، نه تنها نقش بیولوژیکی پروتئین Avr2 در بیماریزایی بیمارگر قارچی C. fulvum بلکه همچنین در دیگر بیمارگرهای قارچی گیاه گوجهفرنگی شامل Botrytis cinerea و Verticillium dahlia به اثبات رسیدهاست، به دلیل اینکه بیان هترولوگوسی این پروتئین در گیاه آرابیدوپسیس باعث افزایش حساسیت این گیاه در مقابل بیمارگرها ذکر شده میگردد(Van Esse et al. 2007) . درحضور پروتئین مقاومتیCf-2 ،افکتور Avr2 به عنوان یک فاکتور غیربیماریزایی عمل مینماید و تشخیص آن به واسطه مولکول Rcr3pimp انجام میگیرد. Rcr3pimp یک پروتئاز سیستئینی است که منشاء آن گیاه گوجهفرنگی وحشی Lycopersicon pimpinellifolium است. علیرغم این حقیقت که سازوکار دقیق تشخیص پروتئین Avr2 به خوبی مشخص نشدهاست، تغییر ساختار پروتئین Rcr3 از طریق افکتور Avr2به جای بازدارندگی Rcr3، محتملترین عامل فعالسازی واکنشهای دفاعی بهواسطه پروتئین مقاومتیCf-2 است. به دلیل اینکه یک واریانت طبیعی Rcr3 در گیاه گوجهفرنگی (Lycopersicon esculentumRcr3esc) وجود دارد که موجب واکنش خودبخودی در حضور پروتئین Cf-2 بدون نیاز به حضور افکتورAvr2 میشود. پروتئین Rcr3esc هنوز فعالیت پروتئازی از خود نشان میدهد و احتمالاً دارای یک ساختار تغییر یافته سه بعدی در مقایسه با پروتئین Rcr3pimp است(Ballance et al. 1989) . اجتناب از واکنش فوقحساسیت ایجاد شده به دلیل تعاملات متقابل بین پروتئین های Avr2 و Cf-2میتواند از طریق جهشهای نقطهای، حذفها و یادرجهای ترانسپوزونی در ژن Avr2 کسب گردد(Basse et al. 2002). تحقیق اخیر در مورد حضور چند شکلی در آللهای ژن Avr2 در مجموعه جهانی از ایزولههای بیمارگر قارچ C. fulvum بیانگر تعداد زیادی چندشکلی های غیرمترادف15 در مقایسه با چندشکلی های مترادف بود که بیانگر یک انتخاب متنوع مثبت است. اکثر حذفها و درجهای رخ داده در ناحیه کدکننده این ژن منجر به تولید پروتئینهای Avr2 ناقص می شود(Stergiopoulos et al. 2007) .
افکتور Avr4
ژن Avr4 پروتئینی به طول 86 اسیدآمینه که حاوی هشت اسیدآمینه سیستین است را رمزگزاری می کند (Basse et al. 2000). براساس الگوی اتصال دیسولفیدیAvr4 ، این پروتئین دارای شباهت ساختاری به پروتئینها با یک دومین متصل شونده به کیتین بیمهرگان،از قبیل تاکیسیتین16(ine-ChBD) است(Bolton et al. 2008). در حقیقت، اتصال این پروتئین به مولکول کیتین به صورت آزمایشگاهی تایید شده و نشان داده شده است که این پروتئین قادر است قارچهای کیتیندار از قبیل Trichoderma viride و Botrytis cinerea را در برابر کیتینازهای گیاهی محافظت نماید(Ciuffetti et al. 2010). درنتیجه، نقش محافظتی این پروتئین از بیمارگر C. fulvum در برابر کیتینازهای گیاهی طی فرایند آلودگی گیاه گوجهفرنگی پیشنهاد شده است. به دلیل این حقیقت که ژن Avr4 منحصراً در طی مراحل آلودگی گیاه گوجهفرنگی، زمانیکه این بیمارگر در معرض کیتیناز گیاهی قرار میگیرد، بیان میشود، دلیل محکمی دال بر نقش بیماریزایی این پروتئین را فراهم میاورد(Cooke 1883). خاموشی ژن Avr4 در بیمارگر C. fulvum به صورت معناداری بیماریزایی این بیمارگر را روی گیاه گوجهفرنگی کاهش میدهد. علاوه براین، گیاهان گوجهفرنگی که پروتئین Avr4 در آن ها بیان شده است، بسیار حساس به بیمارگر C. fulvum و دیگر بیمارگرهای کیتیندار گیاه گوجهفرنگی (مانند B. cinerea) میباشند. در حضور پروتئین مقاومتی Cf-4 افکتور Avr4 واکنش فوق حساسیت یا مرگ برنامه ریزی شده سلولها را تحریک مینماید، اما ایزوفرمهایی17 از این پروتئین در طبیعت یافت شده است که واکنش فوق حساسیت به دلیل برهمکنش پروتئین های Cf-4 و Avr4 را موجب نمیشوند. این قبیل ایزوفرمها، جایگزینیهای غیرمترادف بیش از حدی در مقایسه با جایگزینیهای مترادف نشان میدهند که این امر پیشنهاد می نماید که این پروتئین تحت انتخاب متنوع مثبت بوده است، درحالیکه، اکثریت تنوعهای طبیعی مشاهده شده در پروتئین Avr4 شامل جهشهای نقطهای است که اغلب موجب جایگزینی اسیدآمینههای سیستئینی میشود(De Jonge et al. 2013). واریانتهای ناپایدار حاصله این افکتور اغلب به پروتئازهای گیاهی بسیار حساس بوده، اما خاصیت متصلشوندگی آنها به مولکول کیتین حفظ شدهاست. درنتیجه، این امر موجب حفظ خاصیت بیماریزایی پروتئینها می شود اما مانع از تجمع Avr4 در فضای آپوپلاستی و تحریک واکنش فوقحساسیت در گیاهان حاوی پروتئین مقاومتی Cf-4 نیز میشود(Joosten et al. 1997). همولوگ افکتور Avr4 در سایر بیمارگرهای قارچی متعلق به رده قارچ های ناقص Dothideomycete)) از جمله Mycosphaerella fijiensis، عامل ایجادکننده بیماری سیاه سیگاتوکای موز شناسایی شده است. اثبات شده است که Avr4 موجود در قارچ M. fijiensis یک ارتولوگ عملکردی از افکتور C. fulvum Avr4 است که از دیواره سلولی قارچی در برابر هیدرولیز توسط کیتینازهای گیاهی از طریق اتصال به کیتین محافظت می کند و علیرغم شباهت کم با توالی C. fulvum Avr4، این ارتولوگ قادر به ایجاد واکنش فوق حساسیت بر روی لاین های گوجه فرنگی حاویCf-4 است(De Jonge et al. 2009) .
افکتور Ecp6
این افکتور یک پروتئین به طول ۲۲۸ اسیدآمینه حاوی سه دومین LysM متصل شونده به کربوهیدرات را رمزگذاری مینماید. نقش ذاتی این افکتور اخیراً توصیف شدهاست و نتایج حاصله در مجله معتبر Science به چاپ رسیده است (De Jonge et al. 2009). این افکتور به صورت اختصاصی به مولکول کیتین متصل میشود که این اتصال، قارچ را بر علیه آنزیمهای کیتیناز گیاهی محافظت مینماید. آزمایشهای اخیر تایید نموده است که افکتور Ecp6 قادر به اتصال به قطعات کوچک کیتینی که از دیواره سلولی قارچ در طی فرایند آلودهسازی آزاد میشوند، است. این قطعات آزاد شده کیتینی می‌توانند از طریق گیرندههای موجود در سطح غشاء سلولهای گیاه گوجهفرنگی شناسایی شده و منجر به فعال شدن اولین لایه دفاعی گیاه (PTI) گردند (De Jonge et al. 2010). اجتناب از تشخیص مولکولهای کیتین بسیار اهمیت دارد، به این دلیل که خاموشی ژن Ecp6، موجب کاهش بیماریزایی بیمارگر C. fulvum روی گیاه گوجهفرنگی میگردد(Bolton et al. 2008) . در واقع، این افکتور توسط این بیمارگر به فضای آپوپلاستی ترشح شده و مانع از تشخیص مولکولهای کیتین توسط سیستم ایمنی ذاتی گیاه (یا به عبارتی مانع از فعال شدن PTI) میگردد. همولوگهای متعددی از این افکتور در گونههای مختلف قارچی شناسایی شدهاند، و پیشنهاد شدهاست که این افکتور نقش مهمی در جلوگیری از ایمنی تحریک شده به وسیله مولکول کیتین در بسیاری از تعاملات متقابل بین بیمارگرهای قارچی و گیاهان میزبان بازی مینماید(De Jonge et al. 2009) . جالب اینکه نقش بیولوژیکی این افکتور در دو بیمارگر قارچی شامل Zymoseptoria tritici و Magnaporthe oryza توصیف شده است. قارچ Z.tritici (عامل بیماری سپتوریوز گندم) سه افکتور حاوی دومین LysM به نامهای (Mg1LysM،Mg3LysM و MgxLysM) که همولوگ Ecp6 هستند، ترشح مینماید. مشابه با افکتور Ecp6 در بیمارگر C. fulvum، هر دو افکتور Mg1LysM و Mg3LysM قادر به اتصال به مولکولهای کیتین هستند، ولی برخلاف افکتور Ecp6 هر دو افکتور باعث محافظت بیماگر قارچی Z. tritici در برابر کیتینازهای گیاهی میشوند. علاوه براین، مشخص شده است که منحصراً Mg3LysM مانع از ایمنی تحریک شده به وسیله مولکول کیتین میگردد. در هر صورت، منحصراً موتانتهایی که در آنها ژن Mg3LysM حذف گردیده است به صورت معنی‌داری قدرت بیماریزای آنها روی گیاه گندم کاهش می‌یابد(Marshall et al. 2011) . مشابه با افکتورهای Ecp6 و Mg3LysM، بیمارگر قارچی Magnaporthe oryza (عامل بیماری بلاست برنج) یک افکتور تحت عنوان Slp1 را دارا میباشد که به قطعات کوچک کیتین متصل و مانع از شناسایی آنها توسط گیرندههای تشخیصی کیتینی میگردد. گیرنده CEBiP18 که قادر به تشخیص مولکولهای کیتین و فعال نمودن PTI است، در گیاه برنج به خوبی توصیف شدهاست. علاوه بر این، اثبات شدهاست که افکتور Slp1 مانع از فعال شدن ایمنی مبتنی بر مولکول کیتین از طریق رقابت با گیرنده CEBiP برای اتصال به مولکول کیتین میشود(Mentlak et al. 2012) . این امر محتمل است که افکتور Ecp6 همچنین قادر به رقابت با گیرندههای الگویی تشخیصی گیاه گوجهفرنگی که مولکول کیتین را تشخیص میدهد، باشد(De Jonge et al. 2009) .
References
Andrea Sánchez-Vallet, Simone Fouché, Isabelle Fudal, Fanny E. Hartmann, Jessica L. Soyer, Aurélien Tellier and Daniel Croll (2018). The Genome Biology of Effector Gene Evolution in Filamentous Plant Pathogens. Annual Review of Phytopathology. Vol. 56:21-40.
A. vleeshouwers and Richard P. Oliver (2014). Effectors as Tools in Disease Resistance Breeding Against Biotrophic, Hemibiotrophic, and Necrotrophic Plant Pathogens. FOCUS ISSUE. Vol. 27 : no. 3.
Balesdent MH, Fudal I, Ollivier B, Bally P, Grandaubert J, Eber F, et al (2013). The dispensable chromosome of L eptosphaeria maculans shelters an effector gene conferring avirulence towards B rassica rapa. New Phytologist. 198(3):887-98.
Ballance G, Lamari L, Bernier C (1989). Purification and characterization of a host-selective necrosis toxin from Pyrenophora tritici-repentis. Physiological and Molecular Plant Pathology. 35(3):203-13.
Basse CW, Kolb S, Kahmann R (2002). A maize‐specifically expressed gene cluster in Ustilago maydis. Molecular microbiology. 43(1):75-93.
Basse CW, Stumpferl S, Kahmann R (2000). Characterization of a Ustilago maydisgene specifically inducedduring the biotrophic phase: evidence for negative as well as positive regulation. Molecular and cellular biology. 20(1):329-39.
Bolton MD, Van Esse HP, Vossen JH, De Jonge R, Stergiopoulos I, Stulemeijer IJ, et al (2008). The novel Cladosporium fulvum lysin motif effector Ecp6 is a virulence factor with orthologues in other fungal species. Molecular microbiology. 69(1):119-36.
Ciuffetti LM, Manning VA, Pandelova I, Betts MF, Martinez JP (2010). Host‐selective toxins, Ptr ToxA and Ptr ToxB, as necrotrophic effectors in the Pyrenophora tritici‐repentis–wheat interaction. New Phytologist. 187(4):911-9.
Cooke M (1883). New american fungi. Grevillea. 12:22-33.
De Jonge R, Bolton MD, Kombrink A, van den Berg GC, Yadeta KA, Thomma BP (2013). Extensive chromosomal reshuffling drives evolution of virulence in an asexual pathogen. Genome research. 23(8):1271-82.
De Jonge R, Thomma BP (2009). Fungal LysM effectors: extinguishers of host immunity? Trends in microbiology. 17(4):151-7.
De Jonge R, Van Esse HP, Kombrink A, Shinya T, Desaki Y, Bours R, et al (2010). Conserved fungal LysM effector Ecp6 prevents chitin-triggered immunity in plants. science. 329(5994):953-5.
De Wit PJ (1992). Molecular characterization of gene-for-gene systems in plant-fungus interactions and theapplication of avirulence genes in control of plant pathogens. Annual review of phytopathology. 30(1):391-418.
Dean, R., Talbot, N., Ebbole, D. et al (2005). The genome sequence of the rice blast fungus Magnaporthe grisea. Nature 434, 980–986.
D'Silva I, Heath MC (1997). Purification and characterization of two novel hypersensitive response-inducing specific elicitors produced by the cowpea rust fungus. Journal of Biological Chemistry. 272(7):3924-7.
Friesen TL, Meinhardt SW, Faris JD (2007). The Stagonospora nodorum‐wheat pathosystem involves multiple proteinaceous host‐selective toxins and corresponding host sensitivity genes that interact in an inverse gene‐for‐gene manner. The Plant Journal. 51(4):681-92.
Ghiasi NoeiF, Imami M, Didaran F, Ghanbari MA, Zamani E, Ebrahimi A, Aliniaeifard S, Farzaneh M, Javan-Nikkhah M, Feechan A, Mirzadi Gohari A. 2022. Stb6 mediates stomatal immunity, photosynthetic functionality, and the antioxidant system during the Zymoseptoria tritici-wheat interaction. Frontier in Plant Science. 13:1004691.
Joosten MH, De Wit PJ (1999). The Tomato–C ladosporium F ulvum Interaction: A Versatile Experimental System to Study Plant-Pathogen Interactions. Annual review of phytopathology. 37(1):335-67.
Joosten M, Vogelsang R, Cozijnsen TJ, Verberne MC, De Wit P (1997). The biotrophicfungus Cladosporium fulvum circumvents Cf-4-mediated resistance by producing unstable AVR4 elicitors. The Plant Cell. 9(3):367-79.
Kämper, J., Kahmann, R., Bölker, M. et al (2006). Insights from the genome of the biotrophic fungal plant pathogen Ustilago maydis. Nature. 444, 97–101.
Kema GHJ, Mirzadi Gohari A, Aouini L, Gibriel HAY, Ware SB, Van Den Bosch F, Manning-Smith R, Alonso-Chavez V, Helps J, Ben M'Barek S, Mehrabi R, Diaz-Trujillo C, Zamani E, Schouten HJ, van der Lee TAJ, Waalwijk C, de Waard MA, de Wit P, Verstappen ECP, Thomma B, Meijer HJG, Seidl MF. (2018). Stress and sexual reproduction affect the dynamics of the wheat pathogen effector AvrStb6 and strobilurin resistance. Nature Genetics. 50: 375-380.
Krüger J, Thomas CM, Golstein C, Dixon MS, Smoker M, Tang S, et al (2002). A tomato cysteine protease required for Cf-2-dependent disease resistance and suppression of autonecrosis. Science. 296(5568):744-7.
Lo Presti L, Lanver D, Schweizer G, Tanaka S, Liang L, Tollot M, et al (2015). Fungal effectors and plant susceptibility. Annual review of plant biology. 66:513-45..
Luderer R, Takken FL, Wit PJd, Joosten MH (2002). Cladosporium fulvum overcomes Cf‐2‐mediated resistance by producing truncated AVR2 elicitor proteins. Molecular microbiology. 45(3):875-84.
Ma L-J, Van Der Does HC, Borkovich KA, Coleman JJ, Daboussi M-J, Di Pietro A, et al (2010). Comparative genomics reveals mobile pathogenicity chromosomes in Fusarium. Nature. 464(7287):367-73.
Masahide Yoshida, Yuki Takayanagi, Kiyoshi Inoue, Tadashi Kimura, Larry J. Young, Tatsushi Onaka and Katsuhiko Nishimori (2009). Evidence That Oxytocin Exerts Anxiolytic Effects via Oxytocin Receptor Expressed in Serotonergic Neurons in Mice. Journal of Neuroscience 18 February. 29 (7) 2259-2271.
Marshall R, Kombrink A, Motteram J, Loza-Reyes E, Lucas J, Hammond-Kosack KE, et al (2011). Analysis of two in planta expressed LysM effector homologs from the fungus Mycosphaerella graminicola reveals novel functional properties and varying contributions to virulence on wheat. Plant physiology. 156(2):756-69.
Mendgen K, Hahn M (2002). Plant infection and the establishment of fungal biotrophy. Trends in plant science. 7(8):352-6.
MentlakTA, Kombrink A, Shinya T, Ryder LS, Otomo I, Saitoh H, et al. Effector-mediated suppression of chitin-triggered immunity by Magnaporthe oryzae is necessary for rice blast disease. The Plant Cell. 2012;24(1):322-35.
Mirzadi Gohari A, Ware SB, Wittenberg AH, Mehrabi R, Ben M'Barek S, Verstappen EC, et al (2015). Effector discovery in the fungal wheat pathogen Zymoseptoria tritici. Molecular plant pathology. 16(9):931-45.
Oerke E-C (2006). Crop losses to pests. The Journal of Agricultural Science. 144(1):31-43.
Rivas S, Thomas CM (2005). Molecular interactions between tomato and the leaf mold pathogen Cladosporium fulvum. Annu Rev Phytopathol.;43:395-436.
Pedersen et al (2012). Structure and evolution of barley powdery mildew effector candidates. BMC Genomics vol. 13. Article number: 694.
Schottens-Toma IM, de Wit PJ (1988). Purification and primary structure of a necrosis-inducing peptide from the apoplastic fluids of tomato infected with Cladosporium fulvum (syn. Fulvia fulva). Physiological and Molecular Plant Pathology. 33(1):59-67.
Schirawski J, Mannhaupt G, Münch K, Brefort T, Schipper K, Doehlemann G, et al (2010). Pathogenicity determinants in smut fungi revealed by genome comparison. Science. 330(6010):1546-8.
Sébastien Duplessis, Christina A. Cuomo duplessi@nancy.ina.fr, Yao-Cheng Lin, and Francis Martin (2011). Obligate biotrophy features unraveled by the genomic analysis of rust fungi. PNAS. Vol. 108 : No. 22. 9166-9171.
Shen Z, Jacobs-Lorena M (1999). Evolution of chitin-binding proteins in invertebrates. Journal of molecular evolution. 48(3):341-7.
Sperschneider J, Dodds PN, Gardiner DM, Singh KB, Taylor JM (2018). Improved prediction of fungal effector proteins from secretomes with EffectorP 2.0. Molecular plant pathology. 19(9):2094-110.
Strange RN, Scott PR. Plant disease: a threat to global food security (2005). Annual review of phytopathology. 43.
Stephenson S-A, Hatfield J, Rusu AG, Maclean DJ, Manners JM (2000). CgDN3: an essential pathogenicity gene of Colletotrichum gloeosporioides necessary to avert a hypersensitive-like response in the host Stylosanthes guianensis. Molecular plant-microbe interactions. 13(9):929-41.
Stergiopoulos I, De Kock MJ, Lindhout P, De Wit PJ (2007). Allelic variation in the effector genes of the tomato pathogen Cladosporium fulvum reveals different modes of adaptive evolution. Molecular Plant-Microbe Interactions. 20(10):1271-83.
Stergiopoulos I, van den Burg HA, Ökmen B, Beenen HG, van Liere S, Kema GH, et al (2010). Tomato Cf resistance proteins mediate recognition of cognate homologous effectors from fungi pathogenic on dicots and monocots. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107(16):7610-5.
Stergiopoulos I, de Wit PJ (2009). Fungal effector proteins. Annual review of phytopathology. 47:233-63.
Sylvain Raffaele, Rhys A Farrer, Liliana M Cano, David J Studholme, Daniel MacLean, Marco Thines, Rays H Y Jiang, Michael C Zody, Sridhara G Kunjeti, Nicole M Donofrio, Blake C Meyers, Chad Nusbaum, Sophien Kamoun (2010). Genome evolution following host jumps in the Irish potato famine pathogen lineage.SCIENCE. VOL. 330, NO. 6010 : 1540-1543.
Takken FL, Luderer R, Gabriëls SH, Westerink N, Lu R, De Wit PJ, et al (2000). A functional cloning strategy, based on a binary PVX‐expression vector, to isolate HR‐inducing cDNAs of plant pathogens. The Plant Journal. 24(2):275-83.
Thomas CM, Dixon MS, Parniske M, Golstein C, Jones JD (1998). Genetic and molecular analysis of tomato Cf genes for resistance to Cladosporium fulvum. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B: Biological Sciences. 353(1374):1413-24.
Thomma BP, Van Esse HP, Crous PW, de Wit PJ (2005). Cladosporium fulvum (syn. Passalora fulva), a highly specialized plant pathogen as a model for functional studies on plant pathogenic Mycosphaerellaceae. Molecular plant pathology. 6(4):379-93.
Tuori R, Wolpert T, Ciuffetti L (1995). Purification and immunological characterization of toxic components from cultures of Pyrenophora tritici-repen tis. Ile. 9(43):10.3.
Van Kan JA (2006). Licensed to kill: the lifestyle of a necrotrophic plant pathogen. Trends in plant science. 11(5):247-53.
Van den Burg HA, Harrison SJ, Joosten MH, Vervoort J, de Wit PJ (2006). Cladosporium fulvum Avr4 protects fungal cell walls against hydrolysis by plant chitinases accumulating during infection. Molecular Plant-Microbe Interactions. 19((12):1420 – 1430.
Van Esse HP, Bolton MD, Stergiopoulos I, de Wit PJ, Thomma BP (2007). The chitin-binding Cladosporium fulvum effector protein Avr4 is a virulence factor. Molecular Plant-Microbe Interactions. 20(9):1092-101.
Van Esse HP, van't Klooster JW, Bolton MD, Yadeta KA, Van Baarlen P, Boeren S, et al (2008). The Cladosporium fulvum virulence protein Avr2 inhibits host proteases required for basal defense. The Plant Cell. 20(7):1948-63.
Williams AH, Sharma M, Thatcher LF, Azam S, Hane JK, Sperschneider J, et al (2016). Comparative genomics and prediction of conditionally dispensable sequences in legume–infecting Fusarium oxysporum formae speciales facilitates identification of candidate effectors. BMC genomics. 17(1):191.
Abstract
Molecular genetic basis of interactions between fungal effectors and host plants
Amir Mirzadi Gohari1 and Farzaneh Lak1
1Department of Plant Pathology, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
When a plant is influenced by many infections and gets sick or even remains immune after being attacked by a pathogen, many molecular interactions occur between them, which makes these interactions between the pathogen and its plant host compatible or incompatible. Plant pathogens have diverse lifestyles for successful development in plant organs. Successful colonization and infection of host plant for all styles depend on the ability of fungal pathogens to change living plants to obtain the nutrients they need for growth and reproduction. Secretion of virulence determinants (effectors) is a crucial step determing host colonization and infection. Effector proteins can suppress plant defense responses and change plant physiology in line with the development their growth. This review aims is to investigate the molecular genetic basis of the molecular interactions between the fungal effectors of plant pathogens and their host plants, emphasizing the well-known effectors in the pathosystem consisting of the fungal pathogen Cladosporium fulvum and the tomato as a host plant.
Key words: Biological function, Effector, Interaction, Plant Pathogen
[1] Host-selective toxins
[2] Candidate Secreted Effector Proteins
[3] Signal peptide
[4] Edman degradation
[5] Tandem mass spectrometry
[6] Secreted in Xylem 1
[7] Genetic mapping
[8] Agroinfiltration
[9] 9Secretome
[10] Single nucleotide polymorphisms
[11] Extracellular proteins
[12] Offensive
[13] Defensive
[14] Receptor-like proteins
[16] Tachycitin
[17] Isoform
[18] Chitin elicitor binding protein
