Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2004.10a
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pp.65-67
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2004
During initial interactions of bacteria with their host plants, most plants recognize the bacterial infections and repel the pathogen by plant defense mechanism. The most active plant defense mechanism is the hypersensitive response (HR) which is the localized induced cell death in the plant at the site of infection by a pathogen. A primary locus induced in gram-negative phytopathogenic bacteria during this initial interaction is the Hrp locus. The Hrp locus is composed of a cluster of genes that encodes the bacteral Type 111 machinery that is involved in the secretion and translocation of effector proteins to the plant cell. DNA sequence analysis of hrp gene in phytopathogenic bacteria has revealed a Hrp pathogenicity is]and (PAI) with a tripartite mosaic structure. For many gram-negative pathogenic bacteria, colonization of the host's tissue depends on the type III protein secretion system (TTSS) which secrets and translocates effector proteins into the host cell. Effectors can be divided into several groups including broad host range effectors, host specific effectors, disease specific effectors, and effectors inhibit host defenses. The role of effectors carrying LRR domain in plant resistance is very elusive since most known plant resistance gene carry LRR domain. Host specific effectors such as several avr gene products are involved in the determination of the host specificity. Almost all the phytopathogenic Xanthomonas spp. carry avrBs1, avrBs2, and avrBs3 homologs. Some strains of X. oryzae pv. oryzae carry more than 10 copies of avrBs3 homologs. However, the functions of all those avr genes in host specificity are not characterized well.;
Huong, Duyen Do Tran;Rajalingam, Nagendran;Lee, Yong Hoon
The Plant Pathology Journal
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v.37
no.5
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pp.494-501
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2021
Pseudomonas cichorii secretes effectors that suppress defense mechanisms in host plants. However, the function of these effectors, including avirulence protein E1 (AvrE1), in the pathogenicity of P. cichorii, remains unexplored. In this study, to investigate the function of avrE1 in P. cichorii JBC1 (PcJBC1), we created an avrE1-deficient mutant (JBC1ΔavrE1) using CRISPR/Cas9. The disease severity caused by JBC1ΔavrE1 in tomato plants significantly decreased by reducing water soaking during early infection stage, as evidenced by the electrolyte leakage in infected leaves. The disease symptoms caused by JBC1ΔavrE1 in the cabbage midrib were light-brown spots compared to the dark-colored ones caused by PcJBC1, which indicates the role of AvrE1 in cell lysis. The avrE1-deficient mutant failed to elicit cell death in non-host tobacco plants. Disease severity and cell death caused by JBC1ΔavrE1 in host and non-host plants were restored through heterologous complementation with avrE1 from Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (PstDC3000). Overall, our results indicate that avrE1 contributes to cell death during early infection, which consequently increases disease development in host plants. The roles of PcJBC1 AvrE1 in host cells remain to be elucidated.
Rice blast, caused by the fungal pathogen Magnaporthe oryzae, is one of the most destructive diseases of rice worldwide. The rice - M. oryzae pathosystem has become a model in the study of plant - fungal interactions due to its economic importance and accumulating knowledge. During the evolutionary arms race with M. oryzae, rice plants evolved a repertoire of Resistance (R) genes to protect themselves from diseases in a gene-for-gene fashion. M. oryzae secretes a battery of small effector proteins to manipulate host functions for its successful infection, and some of them are recognized by host R proteins as avirulence effectors (AVR), which turns on strong immunity. Therefore, the analysis of interactions between AVRs and their cognate R proteins provide crucial insights into the molecular basis of plant - fungal interactions. Rice blast resistance genes Pik, Pia, Pii comprise pairs of protein-coding ORFs, Pik-1 and Pik-2, RGA4 and RGA5, Pii-1 and Pii-2, respectively. In all three cases, the paired genes are tightly linked and oriented to the opposite directions. In the AVR-Pik/Pik interaction, it has been unraveled that AVR-Pik binds to the N-terminal coiled-coil domain of Pik-1. RGA4 and RGA5 are necessary and sufficient to mediate Pia resistance and recognize the M. oryzae effectors AVR-Pia and AVR1-CO39. A domain at the C-terminus of RGA5 characterized by a heavy metal associated domain was identified as the AVR-binding domain of RGA5. Similarly, physical interactions among Pii-1, Pii-2 and AVR-Pii are being analyzed.
Plant pathogenic oomycetes, such as Phytophthora spp., are the causal agent of the most devastating plant diseases. During infection, these pathogens accomplish parasitic colonization of plants by modulating host defenses through an array of disease effector proteins. These effectors are classified in two classes based on their target sites in the host plant. Apoplastic effectors are secreted into the plant extracellular space, and cytoplasmic effectors are translocated inside the plant cell, through the haustoria that enter inside living host cell. Recent characterization of some oomycete Avr genes showed that they encode effector protein with general modular structure including N-terminal conserved RXLR-DEER motif. More detailed evidences suggest that these AVR effectors are secreted by the pathogenic oomycetes and then translocated into the host plant cell during infection. Recent findings indicated that one of the P. infestans effector, Avrblb2, specifically induces hypersensitive response (HR) in the presence of Solanum bulbocastanum late blight resistance genes Rpi-blb2. On the other hand, another secreted RXLR protein PexRD8 originated from P. infestans suppressed the HCD triggered by the elicitin INF1. In this review, we described recent progress in characterized RXLR effectors in Phytophthora spp. and their dual functions as modulators of host plant immunity.
Boyoung Lee;Jeong-Im Lee;Soon-Kyeong Kwon;Choong-Min Ryu;Jihyun F. Kim
The Plant Pathology Journal
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v.39
no.6
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pp.584-591
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2023
Active plant immune response involving programmed cell death called the hypersensitive response (HR) is elicited by microbial effectors delivered through the type III secretion system (T3SS). The marine bacterium Hahella chejuensis contains two T3SSs that are similar to those of animal pathogens, but it was able to elicit HR-like cell death in the land plant Nicotiana benthamiana. The cell death was comparable with the transcriptional patterns of H. chejuensis T3SS-1 genes, was mediated by SGT1, a general regulator of plant resistance, and was suppressed by AvrPto1, a type III-secreted effector of a plant pathogen that inhibits HR. Thus, type III-secreted effectors of a marine bacterium are capable of inducing the nonhost HR in a land plant it has never encountered before. This suggests that plants may have evolved to cope with a potential threat posed by alien pathogen effectors. Our work documents an exceptional case of nonhost HR and provides an expanded perspective for studying plant nonhost resistance.
Ray, Sujit Kumar;Macoy, Donah Mary;Kim, Woe-Yeon;Lee, Sang Yeol;Kim, Min Gab
Molecules and Cells
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v.42
no.7
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pp.503-511
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2019
As sessile organisms, plants have developed sophisticated system to defend themselves against microbial attack. Since plants do not have specialized immune cells, all plant cells appear to have the innate ability to recognize pathogens and turn on an appropriate defense response. The plant innate immune system has two major branches: PAMPs (pathogen associated molecular patterns)-triggered immunity (PTI) and effector-triggered immunity (ETI). The ability to discriminate between self and non-self is a fundamental feature of living organisms, and it is a prerequisite for the activation of plant defenses specific to microbial infection. Arabidopsis cells express receptors that detect extracellular molecules or structures of the microbes, which are called collectively PAMPs and activate PTI. However, nucleotidebinding site leucine-rich repeats (NB-LRR) proteins mediated ETI is induced by direct or indirect recognition of effector molecules encoded by avr genes. In Arabidopsis, plasmamembrane localized multifunctional protein RIN4 (RPM1-interacting protein 4) plays important role in both PTI and ETI. Previous studies have suggested that RIN4 functions as a negative regulator of PTI. In addition, many different bacterial effector proteins modify RIN4 to destabilize plant immunity and several NB-LRR proteins, including RPM1 (resistance to Pseudomonas syringae pv. maculicola 1), RPS2 (resistance to P. syringae 2) guard RIN4. This review summarizes the current studies that have described signaling mechanism of RIN4 function, modification of RIN4 by bacterial effectors and different interacting partner of RIN4 in defense related pathway. In addition, the emerging role of the RIN4 in plant physiology and intercellular signaling as it presents in exosomes will be discussed.
Plant disease resistance occurs as a hypersensitive response (HR) at the site of attempted pathogen invasion. This specific event is initiated in response to recognition of pathogen-associated molecular pattern (PAMP) and subsequent PAMP-triggered immunity (PTI) and effector-triggered immunity (ETI). Both PTI and ETI mechanisms are tightly connected with reactive oxygen species (ROS) production and disease resistance that involves distinct biphasic ROS production as one of its pivotal plant immune responses. This unique oxidative burst is strongly dependent on the resistant cultivars because a monophasic ROS burst is a hallmark of the susceptible cultivars. However, the cause of the differential ROS burst remains unknown. In the study here, we revealed the plausible underlying mechanism of the differential ROS burst through functional understanding of the Magnaporthe oryzae (M. oryzae) AVR effector, AVR-Pii. We performed yeast two-hybrid (Y2H) screening using AVR-Pii as bait and isolated rice NADP-malic enzyme2 (Os-NADP-ME2) as the rice target protein. To our surprise, deletion of the rice Os-NADP-ME2 gene in a resistant rice cultivar disrupted innate immunity against the rice blast fungus. Malic enzyme activity and inhibition studies demonstrated that AVR-Pii proteins specifically inhibit in vitro NADP-ME activity. Overall, we demonstrate that rice blast fungus, M. oryzae attenuates the host ROS burst via AVR-Pii-mediated inhibition of Os-NADP-ME2, which is indispensable in ROS metabolism for the innate immunity of rice. This characterization of the regulation of the host oxidative burst will help to elucidate how the products of AVR genes function associated with virulence of the pathogen.
Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (Pcc) is a gram-negative, broad host range bacterial pathogen which causes soft rot disease in potatoes as well as other vegetables worldwide. While Pectobacterium infection relies on the production of major cell wall degrading enzymes, other virulence factors and the mechanism of genetic adaptation of this pathogen is not yet clear. In the present study, we have performed an in-depth genome-wide characterization of Pcc strain ICMP5702 isolated from potato and compared it with other pathogenic bacteria from the Pectobacterium genus to identify key virulent determinants. The draft genome of Pcc ICMP5702 contains 4,774,457 bp with a G + C content of 51.90% and 4,520 open reading frames. Genome annotation revealed prominent genes encoding key virulence factors such as plant cell wall degrading enzymes, flagella-based motility, phage proteins, cell membrane structures, and secretion systems. Whereas, a majority of determinants were conserved among the Pectobacterium strains, few notable genes encoding AvrE-family type III secretion system effectors, pectate lyase and metalloprotease in addition to the CRISPR-Cas based adaptive immune system were uniquely represented. Overall, the information generated through this study will contribute to decipher the mechanism of infection and adaptive immunity in Pcc.
Vo, Kieu Thi Xuan;Lee, Sang-Kyu;Halane, Morgan K.;Song, Min-Young;Hoang, Trung Viet;Kim, Chi-Yeol;Park, Sook-Young;Jeon, Junhyun;Kim, Sun Tae;Sohn, Kee Hoon;Jeon, Jong-Seong
Molecules and Cells
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v.42
no.9
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pp.637-645
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2019
Effector-triggered immunity (ETI) is an effective layer of plant defense initiated upon recognition of avirulence (Avr) effectors from pathogens by cognate plant disease resistance (R) proteins. In rice, a large number of R genes have been characterized from various cultivars and have greatly contributed to breeding programs to improve resistance against the rice blast pathogen Magnaporthe oryzae. The extreme diversity of R gene repertoires is thought to be a result of co-evolutionary history between rice and its pathogens including M. oryzae. Here we show that Pii is an allele of Pi5 by DNA sequence characterization and complementation analysis. Pii-1 and Pii-2 cDNAs were cloned by reverse transcription polymerase chain reaction from the Pii-carrying cultivar Fujisaka5. The complementation test in susceptible rice cultivar Dongjin demonstrated that the rice blast resistance mediated by Pii, similar to Pi5, requires the presence of two nucleotide-binding leucine-rich repeat genes, Pii-1 and Pii-2. Consistent with our hypothesis that Pi5 and Pii are functionally indistinguishable, the replacement of Pii-1 by Pi5-1 and Pii-2 by Pi5-2, respectively, does not change the level of disease resistance to M. oryzae carrying AVR-Pii. Surprisingly, Exo70F3, required for Pii-mediated resistance, is dispensable for Pi5-mediated resistance. Based on our results, despite similarities observed between Pi5 and Pii, we hypothesize that Pi5 and Pii pairs require partially distinct mechanisms to function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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