Medfødt Immunitet i Planter: Nyt perspektiv i plantesygdomsbekæmpelse

Præsentationer af emnet: "Medfødt Immunitet i Planter: Nyt perspektiv i plantesygdomsbekæmpelse"— Præsentationens transcript:

1 Medfødt Immunitet i Planter: Nyt perspektiv i plantesygdomsbekæmpelse
Gitte Erbs og Mari-Anne Newman

2 Aktiv ”Immunisation” I snart 100 år har forskere og natur interesserede observeret, at når planter overlever en patogeninfektion, kan de udvikle en forhøjet resistens mod efterfølgende infektioner. Brown rapporterede i 1923 at gul marguerit infilteret med varme- dræbte Agrobacterium tumefaciens celler ikke længere dannede tumorer, når de senere blev inokuleret samme sted med levende celler af samme bakterie. (Phytopathology 13:87-99)

3 I 1933 lavede Chester et studie over 200
publikationer hvor han beskrev og navngav dette fænomen: “Physiological Acquired Immunity” Dengang troede forskere, at de undersøgte et fænomen analogt med immunforsvaret i dyr.

4 Mindst 3 forskellige processer blev kaldt
“acquired immunity” (erhvervet immunitet): Viral kryds-beskyttelse (cross-protection) Antagonisme (eller biokontrol) SAR (Systemic Acquired Resistance)

5 ISR (Induceret Systemisk Resistens) blev beskrevet i
Den første systematiske undersøgelse af SAR var publiseret af A. Frank Ross in 1961. Ved at bruge tobak mosaik virus (TMV) og tobak viste Ross, at infektion med TMV var formindsket, hvis planten tidligere havde været inficeret med TMV. ISR (Induceret Systemisk Resistens) blev beskrevet i 1998 af Van Loon. Dette område var specielt studeret pga interessen for biologisk bekæmpelse af jordbårne plantesygdomme. Siden, er både SAR og ISR blevet studeret på det molekylære niveau ved hjælp af Gåsemad (Arabidopsis) som modelplante

6 ISR SAR Induceret ved at udsætte roden eller det grønne væv
for abiotiske eller biotiske faktorer Afhængig af salicylsyre (SA) Associeret med ophobning af PR proteiner (PR: Pathogenesis Related) Induceret ved at udsætte roden for specifikke racer af rhizobakterier Afhængig af ethylen og jasmonic syre (uafhængig af SA) Ikke associeret med ophobning af PR proteiner

7 Medfødt Immunitet (Velbeskrevet fænomen i hvirveldyr og insekter)
Medfødt immunitet henviser til antigen-uspecifikke forsvarsmekanismer, som en vært bruger med det samme eller indenfor få timer efter udsættelse for et antigen. Det er den immunitet man er født med, og er det første respons fra kroppen på at eliminere mikrober og forhindre infektion.

8 Medfødt Immunitet Forskelligt fra pattedyr, som har både medfødt og adaptiv immunitet (mobile forsvarsceller), er planter afhængige af den enkelte celles medfødte immunitet og af systemiske signaler fra infektionsstedet

9 Planter udnytter et togrenet medfødt immun-system:
Plante immun-systemet som beskrevet indenfor de sidste par år (Jones & Dangl, Nature 2006) Planter udnytter et togrenet medfødt immun-system: 1: Genkender og reponderer på molekyler der er ens for mange mikrober (disse inkluderer molekyler fra ikke patogene mikrober) Microbe-Associated Molecular Patterns (MAMPs) 2: Responderer på patogen virulensfaktorer; direkte eller ved hjælp af deres effekt på værten (patogen effektorer)

10 Mikrobe mønstre og plante genkendelse
MAMPs: Microbe-Associated Molecular Patterns findes i både patogene og ikke-patogene mikrober molekylære strukturer der ikke findes i værten, men findes i mange mikrober disse strukturer er uundværlige for mikrobernes overlevelse MAMPs er genkendt af receptorer fra det medfødte immunsystem, disse er kaldt “Pattern-Recognition Receptors” (PRRs)

11 MAMPs fra bakterier: Flagellin (Boller et al.)
Elongation factor Tu (Ef-Tu), det protein der forekommer mest af i bakterier (Zipfel et al.) Lipopolysakkarider (LPS) (Newman et al.) Peptidoglycan (PGN) (Newman et al.)

12

13 PGN som elicitor af immunitet i Gåsemad (Arabidopsis)
Xanthomonas campestris patovar campestris stamme 8004 (Xcc; kålbrunbakteriose) Isolere PGN fra Agrobacterium tumefaciens DSM (At; rodhalsgalde) Hydrolysere PGN til muropeptider, klarlægge den kemiske struktur og teste deres aktivitet som MAMPs i Gåsemad At and Xcc are widely distributed phytopathogenic bacteria of major significance Xcc is the causative agent of black-rot, a disease of cruciferous plants that is of worldwide importance, whereas, At causes crown gall disease in a wide range of dicotyledonous plant species, with quite a different scheme of infection i.e. Incorporation of DNA into the host nucleus.

14 Induktion af PR1 genet i Arabidopsis Col-0 efter behandling med Xanthomonas og Agrobacterium PGN eller muropeptider +: Fold upregulated compared to water treated tissue, after normalization to 18SrRNA. Significance = P<0.001 unless otherwise stated. NS: not significant. PGN and muropeptides were tested for their ability to induce PR1 gene expression, an excellent molecular marker for induction of plant innate immune response. Arabidopsis leaves were treated with 50 μg/ml of either PGN or the muropeptide from Xcc or At, and leaves harvested 4, 12 and 20 hai. Both PGN and muropeptides from Xcc were substantially more active than those from At (which must maintain host cell viability during infection), and for both bacteria the muropeptides were recognised earlier in the plant and were more effective elicitors of this defence-related gene Xcc PGN At PGN Xcc muropeptides At muropeptides

15 Formation af callose, et forsvarsrespons, efter behandling med PGN og muropeptider
Water Xcc PGN Xcc muropeptides At PGN At muropeptides flg Callose deposits in Arabidopsis leaves 20 h after infiltration with PGN and muropeptides of Xcc or At; effect of 1 µM flg22 is shown for comparison as positive kontrol. Light zones reveal callose fluorescing after aniline blue staining. Callose deposits were abundant with flg22, Xcc PGN and Xcc muropeptides, and again a weaker response to At PGN and muropeptides

16 Resume PGN eliciterer karakteristiske komponenter af planters medfødte immunsystem PGN og dets dele er en ny MAMP in plante-bakterie interaktioner PGN og muropeptiderne fra Xanthomonas er mere aktive end dem fra Agrobacterium (forskellig infektionsbiologi – At skal holde værtscellen i live)

17 Hvorfor? Biologisk grundforskning.
Forbedring af produktionen af afgrøder til fødevarer, fibre og biobrændstof. ”Planter på nye opgaver” Arabidopsis bruges som modelplante til at studere humane mikrobielle patogenicitets- faktorer. Stor lighed mellem det medfødte immunforsvar i planter og i dyr.’

18 ? ? Planter dyr Nøgle: Bacterial effector Ef-Tu Flagellin Flagellin
LPS PGN PGN LPS Xa21 EFR FLS2 TLR5 TLR4 TLR2 ? ? AvrRps4 Schematic representation of pattern recognition receptors (PRRs) involved in microbe sensing in plant and animals In animals: Peptidoglycan fragments (muropeptides) are shed during its recycling and recognized by two different intracellular receptors, Nod1 and Nod2 No PRRs for PGN have been characterised in plants, yet. RPS4 NOD1 Nøgle: Kinase NBS LRRs TIR CARD

19 Samarbejdspartnere: Università di Napoli Federico II, Italy A. Silipo M. Parrilli A. Monlinaro University of Bath, United Kingdom S. Aslam R. M. Cooper