As a first step towards identifying genes involving in the signal transduction pathways mediating rice blast resistance, we isolated 3 mutants lines that showed enhanced susceptibility to rice blast KJ105 (91-033) from a T-DNA insertion library of the japonica rice cultivar, Hwayeong. Since none of the susceptible phenotypes co-segregated with the T-DNA insertion we adapted a map-based cloning strategy to isolate the gene(s) responsible for the enhanced susceptibility of the Hwayeong mutants. A genetic mapping population was produced by crossing the resistant wild type Hwayeong with the susceptible cultivar, Nagdong. Chi-square analysis of the $F_2$ segregating population indicated that resistance in Hwayeong was controlled by a single major gene that we tentatively named Pi-hy. Randomly selected susceptible plants in the $F_2$ population were used to build an initial map of Pi-hy. The SSLP marker RM2265 on chromosome 2 was closely linked to resistance. High resolution mapping using 105 $F_2$ plants revealed that the resistance gene was tightly linked, or identical, to Pib, a resistance gene with a nucleotide binding sequence and leucine-rich repeats (NB-LRR) previously isolated. Sequence analysis of the Pib locus amplified from three susceptible mutants revealed lesions within this gene, demonstrating that the Pi-hy gene is Pib. The Pib mutations in 1D-22-10-13, 1D-54-16-8, and 1C-143-16-1 were, respectively, a missense mutation in the conserved NB domain 3, a nonsense mutation in the 5th LRR, and a nonsense mutation in the C terminus following the LRRs that causes a small deletion of the C terminus. These findings provide evidence that NB domain 3 and the C terminus are required for full activity of the plant R gene. They also suggest that alterations of the resistance gene can cause major differences in pathogen specificity by affecting interactions with an avirulence factor.
Ray, Sujit Kumar;Macoy, Donah Mary;Kim, Woe-Yeon;Lee, Sang Yeol;Kim, Min Gab
Molecules and Cells
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제42권7호
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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.
The molecular understanding of resistance and susceptibility of host plants to scab, a most threatful disease to pome fruit production worldwide, is very limited. Comparing resistant line '93-3-98' to susceptible one 'Sweet Skin' at seven time points of 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 8 days post inoculation, RNA-sequencing data derived from infected and mock-inoculated young leaves were analyzed to evaluate the tolerant response and to mine candidate genes of pear to the scab pathogen Venturia nashicola. Analysis of the mapped reads showed that the infection of V. nashicola led to significant differential expression of 17,827 transcripts with more than 3-fold change in the seven pairs of libraries, of which 9,672 (54%) are up- and 8,155(46%) are down-regulated. These included mainly receptor (NB-ARC domains-containing, CC-NBS-LRR, TIR-NBS-LRR, seven transmembrane MLO family protein) and transcription factor (ethylene responsive element binding, WRKY DNA-binding protein) related gene. An arsenal of defense response of highly resistant pear accessions derived from European pear was probably supposed no sooner had V. nashicola infected its host than host genes related to disease suppression like Polyketide cyclase/dehydrase and lipid transport protein, WRKY family transcription factor, lectin protein kinase, cystein-rich RLK, calcium-dependent phospholipid-binding copine protein were greatly boosted and eradicated cascade reaction induced by pathogen within 24 hours. To identify transcripts specifically expressed in response to V. nashicola, RT-PCRs were conducted and compare to the expression patterns of seven cultivars with a range of highly resistant to highly susceptible symptom. A DEG belonging to the PR protein family genes that were higher expressed in response to V. nashicola suggesting extraordinary role in the resistance response were led to the identification. This study provides the first transcriptional profile by RNA-seq of the host plant during scab disease and insights into the response of tolerant pear plants to V. nashicola.
Clubroot disease is the major threat to the production of Chinese cabbage (Brassica rapa L.) in Japan. Although the breeding of the clubtoot resistant (CR) cultivars is one of the most efficient ways to control this disease, the CR cultivars do not always have effects due to the breakdown of resistance. Therefore, it is necessary to develop the breeding strategy to accumulate multiple CR genes in a single cultivar effectively. We have identified two incomplete dominant CR loci, Crr1 and Crr2, which are originated from the European CR turnip Siloga. To investigate the effectiveness of marker-assisted selection (MAS) for CR breeding, the inbred line with Crr1 and Crr2 was crossed with parental lines of the existing CR $F_1$ cultivar of Chinese cabbage, followed by 5 times of MAS and backcrossing. The $F_1$ derived from a cross between the resulting parental lines improved the clubroot resistance as expected and had the same morphological characters as the original $F_1$ cultivar. We have shown that the Crr1 locus comprised two loci: Crr1a, which by itself conferred resistance to the mild isolate; and Crr1b, which had a minor effect, but was not required for Crr1a-mediated resistance. Further genetic analysis suggested that Crr1b was necessary to acquire resistance to the more virulent isolate in combination with Crr2. Molecular characterization of Crr1a encoding TIR-NB-LRR class of R protein revealed that there were at least 4 alleles in Japanese CR cultivars of Chinese cabbage. PCR analysis with Crr1a-specific markers demonstrated that the functional alleles were predicted to be present in European CR turnips, Debra and 77b besides Siloga, whereas rarely in Japanese CR cultivars, indicating that Crr1a is an useful source to improve the resistance of Chinese cabbage cultivars.
Phytophthora infestans is the causal agent of potato and tomato late blight, one of the most devastating plant diseases. P. infestans secretes effector proteins that are both modulators and targets of host plant immunity. Among these are the so-called RXLR effectors that function inside plant cells and are characterized by a conserved motif following the N-terminal signal peptide. In contrast, the effector activity is encoded by the C terminal region that follows the RXLR domain. Recently, I performed in planta functional profiling of different RXLR effector alleles. These genes were amplified from a variety of P. infestans isolates and cloned into a Potato virus X (PVX) vector for transient in planta expression. I assayed for R-gene specific induction of hypersensitive cell death. The findings included the discovery of new effector with avirulence activity towards the Solanum bulbocastanum Rpi-blb2 resistance gene. The Rpi-blb2 encodes a protein with a putative CC-NBS-LRR (a coiled-coil-nucleotide binding site and leucine-rich repeat) motif that confers Phytophthora late blight disease resistance. We examined the components required for Rpi-blb2-mediated resistance to P. infestans in Nicotiana benthamiana. Virus-induced gene silencing was used to repress candidate genes in N. benthamiana and to assay against P. infestans infections. NbSGT1 was required for disease resistance to P. infestans and hypersensitive responses (HRs) triggered by co-expression of AVRblb2 and Rpi-blb2 in N. benthamiana. RAR1 and HSP90 did not affect disease resistance or HRs in Rpi-blb2-transgenic plants. To elucidate the role of salicylic acid (SA) in Rpi-blb2-mediated resistance, we analyzed the response of NahG-transgenic plants following P. infestans infection. The increased susceptibility of Rpi-blb2-transgenic plants in the NahG background correlated with reduced SA and SA glucoside levels. Furthermore, Rpi-blb2-mediated HR cell death was associated with $H_2O_2$, but not SA, accumulation. SA affects basal defense and Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans. These findings provide evidence about the roles of SGT1 and SA signaling in Rpi-blb2-mediated resistance against P. infestans.
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