نقش افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (Transcription Activator-Like Effector, TALE) در تعامل میزبان و بیمارگر Xanthomonas

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه بیماری‎شناسی گیاهی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

2 گروه حشره شناسی و بیماری شناسی گیاهی، پردیس ابوریحان، دنشگاه تهران، پاکدشت، تهران

3 استاد، گروه گیاهپزشکی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

چکیده

جنس Xanthomonas از باکتری‎های مهم بیمارگر گیاهی است که سبب خسارت اقتصادی در طیف وسیعی از گیاهان میزبان می‎شود. یکی از فاکتورهای اصلی بیماری‎زایی این جنس سیستم ترشحی نوع III است که باکتری‎ها از آن برای انتقال افکتورهای مختلف به گیاه میزبان استفاده‎می‎کنند. افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (TALE) که در بیشتر زانتوموناس‎ها شناخته‎شده‎اند، پروتئین‎های متصل‎شونده به DNA هستند که با افزایش بیان ژن‎های هدف اغلب به‎تنهایی نتیجه برهم‎کنش میزبان-بیمارگر را مشخص‎می‎کنند. در پرتو ماهیت تعیین‎کننده برهم‎کنش افکتور TAL و ژن هدف آن‎ها، شناخت تالوم (TALome؛ مجموعه افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی یک بیمارگر)، پیش‎بینی ژن‎های حساسیت و ویرایش ژنوم میزبان با استفاده از ابزارهای موجود راه‎کارهای جدیدی برای مدیریت بیماری‎های ناشی از باکتری‎ها را فراهم‎کرده‎است. این مقاله مروری به ساختار، نقش افکتورهای TAL در بیماریزایی و مقاومت و نیز ایجاد ارقام مقاوم به Xanthomonas با استفاده از اطلاعات حاصل از تالوم می‎پردازد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Transcription activator-like effectors (TALEs) role in plant response to Xanthomonas

نویسندگان [English]

  • Masood Shamsbakhsh 1
  • Nargues Falahi Charkhabi 2
  • Heshmatollah Rahimian 3
1 Professor Associate, Plant Pathology Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Entomology and Plant Pathology, Aburaihan Campus, University of Tehran, Pakdasht, Tehran
3 Professor, Department of Plant Protection, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.
چکیده [English]

Xanthomonas is an important plant pathogenic bacteria and cause economic losses in a wide range of crop plants. The type III secretion system as a crucial pathogenicity factor is used to inject effector proteins into the host cell. Transcription activator like effectors (TALEs), known in the most Xanthomonas species, are DNA-binding proteins which determine solely the outcome of plant-pathogen interaction. Because of determinative nature of TALE-target gene interaction, the knowledge of pathogen TALome diversity, forecasting susceptibility genes, genome editing using new developed methods have provided novel strategies for management of plant diseases. This article reviews TALEs structure, their role in pathogenicity and resistance, as well development of resistant plants to Xanthomonas using TALome derived results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genome editing
  • TALome
  • susceptibility genes

اصل مقاله

نقش افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (Transcription Activator-Like Effector, TALE) در تعامل میزبان و بیمارگر Xanthomonas

 

مسعود شمس‎بخش1، نرگس فلاحیچرخابی*2، حشمتالله رحیمیان۳

 

1دانشیار، گروه بیماری‎شناسی گیاهی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

2 استادیار، گروه حشره‎شناسی و بیماری‎شناسی گیاهی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

۳ استاد، گروه گیاهپزشکی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

                                                                            

تاریخ دریافت: 08/06/1397، تاریخ پذیرش: 12/08/1397

 

چکیده

جنس Xanthomonas از باکتری‎های مهم بیمارگر گیاهی است که سبب خسارت اقتصادی در طیف وسیعی از گیاهان میزبان می‎شود. یکی از فاکتورهای اصلی بیماری‎زایی این جنس سیستم ترشحی نوع III است که باکتری‎ها از آن برای انتقال افکتورهای مختلف به گیاه میزبان استفاده‎می‎کنند. افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (TALE) که در بیشتر زانتوموناس‎ها شناخته‎شده‎اند، پروتئین‎های متصل‎شونده به DNA هستند که با افزایش بیان ژن‎های هدف اغلب به‎تنهایی نتیجه برهم‎کنش میزبان-بیمارگر را مشخص‎می‎کنند. در پرتو ماهیت تعیین‎کننده برهم‎کنش افکتور TAL و ژن هدف آن‎ها، شناخت تالوم (TALome؛ مجموعه افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی یک بیمارگر)، پیش‎بینی ژن‎های حساسیت و ویرایش ژنوم میزبان با استفاده از ابزارهای موجود راه‎کارهای جدیدی برای مدیریت بیماری‎های ناشی از باکتری‎ها را فراهم‎کرده‎است. این مقاله مروری به ساختار، نقش افکتورهای TAL در بیماریزایی و مقاومت و نیز ایجاد ارقام مقاوم به Xanthomonas با استفاده از اطلاعات حاصل از تالوم می‎پردازد.

کلمات کلیدی: ویرایش ژنوم، تالوم، ژن‎های حساسیت.

 

مقدمه

 

جنس Xanthomonas شامل گونه‎های بیمارگر گیاهی است که در 124 گونه تک‎لپه و 268 گونه دولپه شامل طیف وسیعی از گیاهان زراعی با اهمیت اقتصادی بالا مانند برنج، گندم، مرکبات، موز، کلم، گوجه فرنگی، فلفل و لوبیا بیماری ایجادمی‎کند و در مناطق گرم و مرطوب اهمیت اقتصادی بالایی دارد (Leyns et al., 1984; Chan and Goodwin, 1999; Parkinson et al., 2007; Parkinson et al., 2009).

باکتری‎های بیمارگر گیاهی برای استقرار موفق در گیاهان میزبان باید به سطح گیاه میزبان متصل شوند، به فضاهای بین‎سلولی بافت میزبان حمله‎کنند، مواد غذایی را کسب و پاسخ‎های دفاعی میزبان را خنثی‎کنند. آلودگی موفق سلول‎های میزبان اغلب به سیستم‎های ترشحی باکتری بستگی‎دارد که پروتئین‎هایی را به فضای خارج سلولی ترشح‎می‎کنند یا پروتئین‎‎ها و/یا DNA را به‎صورت مستقیم ‎به سیتوزول سلول میزبان منتقل‎می‎کنند. پروتئین‎هایی که به داخل سلول میزبان منتقل‎می‎شوند، افکتور (Effector) نامیده‎می‎شوند. باکتری‎های بیمارگر از مجموعه‎ای از سیستم‎های ترشحی مختلف برای تکثیر باکتری و گسترش بیماری استفاده‎می‎کنند (Preston et al., 2005). یکی از فاکتورهای اصلی بیماری‎زایی بیشتر باکتری‎های گیاهی و جانوری سیستم ترشحی نوع III (T3SS) است (Ghosh, 2004). در باکتری‎های بیماری‎زای گیاهی، T3SS به‎وسیله خوشه ژنی hrp (فوق‎حساسیت و بیماری‎زایی) که شامل بیش از ۲۰ ژن سازمان‌‎یافته در چند واحد رونویسی است، رمز ‎می‎شود (Buttner and Bonas, 2002a).

بر اساس آنالیزهای آزمایشگاهی و بیوانفورماتیک، ۲۴ افکتور در X. citri ssp. citri 306، ۳۰ افکتور در X. euvesicatoria 85-10 (X. campestris pv. vesicatoria 85-10)، ۲۳ افکتور در X. campestris pv. campestris (Xcc) ATCC 33913 و نیز استرین 8004، ۳۲ افکتور در X. oryzae pv. oryzae (Xoo) KACC10331، ۳۷ افکتور در استرین‎های X. oryzae pv. oryzae (Xoo) MAFF 311018 و PXO99A و ۳۹ افکتور در X. translucens pv. undulosa ICMP11055 گزارش‎شده‎است (http://www.xanthomonas.org; Falahi Charkhabi et al., 2017b). افکتورهای اولیه نه به‎سبب نقش در پرآزاری که در نتیجه توانایی القای پاسخ‎های دفاعی خاص در گیاهان مقاوم دارای ژن‎های مقاومت متناظر شناسایی‌‎شدند (White et al., 2000). پروتئین‎های مقاومت گیاهان به‎محض شناسایی یک افکتور پاسخ‎های دفاعی میزبان را فعال ‎می‎کنند (Van der Hoorn and Kamoun, 2008). ایمنی القا‌ءشده توسط افکتور (ETI)[1] اغلب با واکنش فوق حساسیت (HR) همراه است و پروتئین‎های افکتور که واکنش فوق حساسیت را در گیاهان دارای پروتئین مقاومت متناظر القاءمی‎کنند، پروتئین‎های غیربیماری‎زایی (Avr)‌ نامیده‏‎می‎شوند (Jones and Dangl, 2006).

تولید پروتئین‎های افکتور یکی از ویژگی‎های بیمارگرهای گیاهی است. این پروتئین‎ها به سلول میزبان وارد‎‎می‎شوند و فرآیندهای گیاهی را تغییر‎ می‎دهند، سیستم ایمنی گیاه را سرکوب‎می‎کنند، شرایط را برای رشد بیمارگر فراهم و سبب گسترش بیماری می‎شوند. با این‎که افکتورهای آپوپلاستی مانند بازدارنده‎های پروتئاز و پروتئین‎های متصل‎شونده به کیتین[2] در بیمارگرهای رشته‎ای خارج از سلول گیاهی عمل‎می‎کنند؛ افکتورهای سیتوپلاسمی باکتری‎های بیمارگر گیاهی به‎واسطه سیستم‎های ترشحی تخصص‎یافته به‎صورت مستقیم به درون سلول میزبان وارد‎می‎شوند (Schornack et al., 2013). برخی از افکتورها به DNA سلول میزبان متصل می‎شوند و بیان ژن‎هایی را که برای رشد و گسترش بیمارگر مفید است، فعال‎می‎کنند. این گروه افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (Transcription Activator-Like Effector, TALE) نامیده‎می‎شوند.

افکتورهای TAL ساختاری قابل انعطاف شامل سه دُمین با عملکرد مشخص دارند: دُمین انتقال و ترشح در انتهای آمینی، دُمین میانی متصل‎شونده به DNA و دُمین فعال‎کننده رونویسی در انتهای کربوکسیلی که موتیف‎های مکان‎یابی هسته‎ای را نیز حمل‎می‎کند (شکل ۱) (Boch and Bonas, 2010). انتهای آمینی با سیگنال ترشحی نوع III در ترشح و انتقال به سلول گیاهی میزبان نقش‎دارد (شکل ۱). پس از آن ناحیه متصل‎شونده به پروتئین چاپرون سیستم ترشحی نوع III، HpaB، قرار دارد (Buttner et al., 2004). انتهای کربوکسیلی افکتور TAL شامل سه نشان مکان‎یابی هسته‎ای کوتاه (Nucleus Localization Site, NLS) است (شکل ۱) که ممکن است همه آن‎ها کارکردی نباشند (Szurek et al., 2001; Van den Ackerveken et al., 1996; Yang and Gabriel, 1995). حذف دو NLS سبب اختلال در فعالیت‎های پرآزاری و غیرپرآزاری افکتور TAL می‎شود (Marois et al., 2002; Szurek et al., 2001; Szurek et al., 2002). به‎علاوه انتهای کربوکسیلی با داشتن یک دُمین فعال‎سازی اسیدی (Acidic Activation Domain, AAD) سبب فعال‎شدن رونویسی از ژن‎های میزبان توسط افکتورهای TAL می‎شود (شکل ۱) (Zhu et al., 1998; Van den Ackerveken et al., 1996; Yang and Gabriel, 1995). ساختار دُمین میانی مهم‎ترین ویژگی همه افکتورهای TAL است و در اتصال به DNA و اختصاصیت عمل آن نقش‎دارد (شکل ۱). این دُمین از تکرارهایی با 35-33 اسید آمینه بسیار حفظ‎شده تشکیل‎شده‎است که پس از آن نیمی از یک تکرار (Half repeat) وجود دارد (Bonas et al., 1989; Hopkins et al., 1992; Yang and Gabriel, 1995).

امتیاز منحصربه‎فرد افکتورهای TAL ناشی از اختصاصیت عملکرد موتیف‎های ۳۵-۳۳ اسید آمینه‎ای تکراری در دُمین متصل‎شونده به DNA است. اسیدآمینه‎های موقعیت ۱۲ و ۱۳ هر تکرار نسبت به سایر موقعیت‎های درون تکرار تنوع بیشتری دارند و نیز در افکتورهای TAL مختلف متفاوت‎اند. این دو تکرار جفت اسید آمینه‎های متغیر هر تکرار (Repeat Variable Di-residues, RVD) نامیده‎می‎شوند (Bogdanove et al., 2010). افکتورهای TAL مختلف در تعداد تکرارها و توالی RVDs تفاوت دارند. مثلاً AvrBS3 دارای ۱۷ تکرار کامل و یک نیم تکرار و ۱۸ RVD است یا افکتور Tal4b، 15 تکرار کامل و یک نیم تکرار و 16 RVD دارد (Schornack et al., 2008; Falahi Charkhabi et al., 2017a). هر RVD به یک نوکلئوتید خاص متصل می‎شود (Moscou and Bogdanove, 2009; Boch et al., 2009)؛ به‎این‎ترتیب NI به A، HD به C، NN به G یا NK و NG به T متصل می‎شوند؛ NS می‎تواند به چهار نوکلئوتید متصل شود (شکل ۱). به توالی راه‎انداز (Promoter) که توسط RVDهای افکتور TAL شناسایی و افکتور به آن متصل می‎شود، توالی EBE (Effector Binding Element) می‎گویند (Morbitzer et al., 2010; Miller et al., 2011; Mak et al., 2012; Streubel et al., 2012).

افکتورهای TAL در بسیاری از زانتوموناس‎ها -و نه همه آن‎ها شناخته‎شده‎اند. بنابراین افکتورهای TAL جزء اصلی از مجموعه افکتورهای Xanthomonas spp. نیستند اما در برخی از موارد در استرین‎های دارای جهش در ژن‎های tale پرآزاری به‎شدت کاهش‎می‎یابد که چنین TALEهایی به‎نام افکتور TAL اصلی (Major TALE) نامیده‎می‎شوند (Yang and White, 2004; White and Yang, 2009). زانتوموناس‎ها به‎هنگام آلوده‎کردن گیاهان میزبان افکتورهای TAL را به‎عنوان گروه مهمی از فاکتورهای پرآزاری بیان‎می‎کنند.

افکتورهای avrXa7 و PthXo1 بیمارگر Xoo، PthA بیمارگر X. citri ssp. citri و TALE1 بیمارگر X. axonopodis pv. manihotis CFBP1851 در رشد باکتری و بروز علائم بیماری نقش‎دارند (Bai et al., 2000; Castiblanco et al., 2013; Swarup et al., 1991; Yang and White, 2004). افکتور PthA باکتری X. citri ssp. citri برای ایجاد بیماری شانکر مرکبات لازم و برای تقسیم، بزرگ‎شدن و مرگ سلول‎های میزبان کافی است (Brunings and Gabriel, 2003; Duan et al.,1999). افکتور TAL20 در بیمارگر X.axonopodis pv. manihotis 668 برای ایجاد آب‎سوختگی کافی است؛ در حالی‎که TAL14 همین بیمارگر فقط در رشد باکتری نقش‎دارد و در ایجاد علائم بیماری نقش‎ندارد (Cohn et al., 2014).

 

 

 

 

 

شکل ۱- ساختار افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (Transcription Activator-Like Effectors, TALE) (Schornack et al., 2013).

Figure 1- Transcription Activator-Like Effectors (TALE) structure (Schornack et al., 2013).

 

 

به‎همین‎صورت Tal2g بیمارگر X. oryzae pv. oryzicola (Xoc) در گسترش طول زخم و آب‎سوختگی و نه در رشد باکتری نقش‎دارد (Cernadas et al., 2014). افکتور AvrB6 در بیمارگر X. citri ssp. malvacearum در بروز آب‎سوختگی نقش‎دارد، ولی در میزان رشد باکتری در پنبه نقش‎ندارد (Yang et al., 1994). افکتورهای Tal2 و Tal4b فاکتور اصلی پرآزاری بیمارگر X. translucens pv. undulosa ICMP11055 (Alizadeh and Rahimian, 1989) عامل نواری باکتریایی برگ گندم هستند و در پرآزاری و میزان آب‎سوختگی نقش‎دارند (Falahi Charkhabi et al., 2017b) و افکتورهای TAL که جهش آن‎ها تأثیری در بیماری‎زایی یا پرآزاری بیمارگر ندارد، نیز بارها در منابع ذکرشده‎اند (Bai et al., 2000; Cernadas et al., 2014; Yang et al., 1996).

غالباً افکتور TAL به‎محض برهم‎کنش با پروتئین ایمپورتین آلفا (importin α) به هسته منتقل‎می‎شود و به توالی EBE ژن هدف متصل می‎شود، سپس به‎کمک سیستم رونویسی میزبان، بیان ژن‎های حساسیت را افزایش‎می‎دهد و سبب بیماری‎زایی می‎شود (Bogdanove et al., 2010). ممکن است افکتور TAL به‎محض تزریق از T3SS توسط پروتئین‎های مقاومت در سیتوپلاسم میزبان شناسایی‎شود. برای مثال پروتئین مقاومت Bs4 گوجه فرنگی با تکرارهای غنی از لوسین و جایگاه اتصال به نوکلئوتید (Nucleotide Binding site-Leucine-Rich Repeat, NB-LRR) افکتور AvrBs4 را شناسایی‎می‎کند (شکل ۲) (Schornack et al., 2005). از آن‎جایی که Bs4، آلل‎های فاقد NLS یا AAD را نیز تشخیص‎می‎دهد (Schornack et al., 2006)، به‎نظر‎می‎رسد پروتئین Bs4 ساختار افکتور AvrBs4 را در سیتوپلاسم شناسایی‎می‎کند و این مقاومت به عملکرد AvrBs4 به‎عنوان افکتور TAL، که با ورود به هسته بیان ژن هدف را افزایش‎می‎دهد، بستگی‎ندارد (Bogdanove et al., 2010) (شکل ۲).

افکتور TAL به‎محض برهم‎کنش با ایمپورتین آلفا (imp α) به هسته منتقل‎می‎شود و به توالی EBE متناظر خود متصل می‎شود، سپس ژن‎های حساسیت متناظر مانند UPA20، Os8N3، OsTFIIAγ1 و OsTFX1 را فعال‎می‎کند و سبب ایجاد بیماری می‎شود (شکل ۲).‎ گاهی تغییر در یکی از اجزای سیستم رونویسی گیاه مانند xa5 (قهوه‎ای؛ شکل ۲) مانع اتصال افکتور TAL به مجموعه RNA پلیمراز II گیاه (قرمز؛ شکل ۲) و در نتیجه مانع فعال‎شدن ژن حساسیت می‎شود که این تغییر در نهایت به ایجاد مقاومت منجرمی‎شود. برای مثال ژن مقاومت xa5 که شکل جهش‎یافته زیرواحد گامای فاکتور رونویسی IIA (TFIIAγ) است، به‎سبب عدم برهم‎کنش با افکتور AvrXa5 سبب مقاومت به بیماری بلایت برگ برنج می‎شود (شکل ۲) (Iyer et al., 2004). در مواردی ایجاد جهش در توالی EBE ژن هدف مانع اتصال افکتور TAL و در نتیجه ایجاد مقاومت منجرمی‎شود. برای مثال ژن مغلوب xa13 برنج (آلل‎های ژن حساسیت Os8N3 (هم‎نام: Xa13)) که با TALE متناظر PthXo1 فعال‎نمی‎شود (شکل ۲). این ژن‎ها با داشتن راه‎اندازهای متفاوت تفکیک‎می‎شوند (Chu et al., 2006; Yuan et al., 2009). راه‎انداز Os8N3 حاوی توالی کارکردی EBEPthXo1 است؛ در حالی‎که ژنوتیپ‎های xa13 این توالی را ندارند (Romer et al., 2010). در برخی از گیاهان مقاوم ژن‎های عامل مقاومت دارای توالی EBE در راه‎انداز خود هستند و افکتور TAL با اتصال به توالی EBE به‎جای فعال‎کردن ژن حساسیت یک ژن مقاومت را فعال‎می‎کند که نتیجه این برهم‎کنش نیز مقاومت میزبان به بیمارگر است. ژن‎های Bs3 فلفل و Xa27 برنج به‎ترتیب افکتورهای AvrBs3 و AvrXa27 را شناسایی‎می‎کنند (Gu et al., 2005; Romer et al., 2007; Romer et al., 2009). این ژن‎های مقاومت حاوی موتیف‎های متمایز و اختصاصی افکتور در راه‎انداز خود هستند که به‎عنوان جعبه‎های EBE شناخته‎شده‎اند و با برهم‎کنش فیزیکی مستقیم با TALEهای متناظر فعال می‎شوند (شکل ۲) (Romer et al., 2007; Romer et al., 2009a; Romer et al., 2009b).

برخی از نخستین ژن‎های حساسیت شناخته‎شده که توسط TALE فعال‎می‎شوند، اعضای خانواده MtN3/saliva/SWEET هستند (شکل ۳) (Yang et al., 2006; Liu et al., 2011). این ژن‎ها پروتئین‎های غشایی را رمز‎می‎کنند که در نمو زایشی، پیری، پاسخ به تنش‎ها و انتقال یون و/یا قندها نقش‎دارند (Yuan and Wang, 2013). دو عضو از خانواده MtN3/saliva/SWEET گلوکز و سوکروز را از سلول گیاهی منتقل‎می‎کنند، به‎همین‎سبب SWEET نامیده‎می‎شوند (Chen et al., 2012). افکتورهای TAL مختلف بیان یک ژن SWEET یا اعضای مختلف یک خانواده SWEET را فعال‎می‎کنند (Yang et al., 2006; Antony et al., 2010).

برای مثال چهار TALE متفاوت در استرین‎های مختلف Xoo بیان ژن OsSWEET14 را در برنج فعال‎می‎کنند (Antony et al., 2010; Yu et al., 2011; Streubel et al., 2013) و با انتقال قند به خارج از سلول احتمالاً موجب افزایش تکثیر باکتری شوند (Boch et al., 2014). افکتور TAL20 استرین‎های X. axonopodis pv. manihotis، عامل بلایت باکتریایی کاساوا بیان ژن حساسیت MeSWEET10a را فعال‎می‎کند (Cohn et al., 2014). به علاوه، افکتور Avrb6 بیمارگر X. citri ssp. malvacearum نیز ژن حساسیت GhSWEET10 را القا‌ءمی‎کند (Cox et al., 2017). گروه دوم انتقال‎دهنده‎ها، سولفات را به داخل سلول گیاه منتقل‎می‎کنند. بیان ژن انتقال‎دهنده سولفات[3] توسط افکتور Tal2g عامل نواری برگ برنج (Xoc) القاءمی‎شود (Cernadas et al., 2014). در یک استرین جهش‎یافته tal2g گسترش آب‎سوختگی و ترشحات باکتری کمتر دیده‎می‎شود (Cernadas et al., 2014)؛ ولی این‎که سولفات رشد Xoc را در گیاه مهارمی‎کند یا القای انتقال‎دهنده سولفات نقش کمتری در بیماری دارد، مشخص نیست (Cernadas et al., 2014). گروه بزرگ دیگری از هدف‎های TALE فاکتورهای رونویسی هستند (شکل ۳) که ممکن است ژن‎های هدف ویژه‎ای برای TALE باشد زیرا فعال‎کردن یک ژن خاص میزبان به‎وسیله آبشاره‎های تنظیمی آغاز و برای القای تغییرات سلولی پیچیده تقویت‎می‎شود. برای مثال افکتور AvrBs3 از X. euvesicatoria بیان مارپیچ-حلقه-مارپیچ بازی (basic helix-loop-helix, bHLH) فاکتور رونویسی UPA20 را فعال‎می‎کند، به‎این‎ترتیب سبب غول‎آسایی (Hypertrophy) سلول‎های فلفل و توتون می‎شود (Kay et al., 2007).

 


 

EBE

EBE

شکل ۲- نقش افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (TALE) در شرایط حساسیت و مقاومت گیاه. im α: ایمپورتین آلفا؛ EBE: جایگاه اتصال افکتور؛UPA20، Os8N3، OsTFIIAγ1 و OsTFX1 و S: ژن‎های حساسیت؛ Executor R: ژن عامل مقاومت (Bogdanove et al., 2010).

Figure 2- Trascription Activator-Like Effctors (TALE) roles in plant resistance and susceptibility. imp α: impotrin α; EBE: Effector Binding Element; UPA20, Os8N3, OsTFIIAγ1, OsTFX1 and S: Susceptiblity genes; Executor R: Executor R gene (Bogdanove et al., 2010).

 

 

اگرچه مشخص‎نشده‎است که غول‎آسایی القاء‎شده توسط UPA20 به پرآزاری X. euvesicatoria روی فلفل کمک‎می‎کند، تاکنون غول‎آسایی و افزایش تعداد سلول‎ها در شانکر مرکبات ناشی از X. citri ssp. citri مشاهده‎شده‎است. در این بیماری، شانکرهای القاءشده توسط TALE سبب پاره‎شدن اپیدرم و افزایش تراوش باکتری از سطح گیاه و در نهایت افزایش انتشار باکتری می‎شود (Brunings and Gabriel, 2003). چنین شانکرهایی که با تشکیل جوش همراه‎اند، به‎وسیله چند TALE بیمارگر Xc القاءمی‎شود که هر کدام بیان فاکتور رونویسی CsLOB1 را فعال‎می‎کنند (Hu et al., 2014; Li et al., 2014). افکتور AvrHah1 استرین‎های X. gardneri فاکتور رونویسی bHLH را فعال‎می‎کند که آن هم بیان ژن پکتات لیاز را افزایش‎می‎دهد که برای ایجاد آبسوختگی در لکه باکتریایی گوجه فرنگی لازم است (Schwartz et al., 2017).

افکتورهای بسیاری در بیمارگرهای مختلف با مهار سیستم دفاعی شدت بیماری را افزایش‎می‎دهند (Dou and Zhou, 2012). افکتورهای TAL6 و TAL11a بیمارگر Xoc تشخیص افکتور AvrXa7 در برنج‎های دارای ژن مقاومت متناظر Xa7 را سرکوب‎می‎کنند (Ji et al., 2014). این نخستین گزارشی است که نشان‎می‎دهد TALEها به‎عنوان مهارکننده‎های سیستم دفاعی عمل‎می‎کنند. جهش‎یافته‎های حذفی TAL6 و TAL11a که فاقد دُمین فعال‎کننده انتهای کربوکسیلی هستند، نمی‎توانند واکنش دفاعی به‎واسطه Xa7 را که توسط AvrXa7 القاء‎می‎شود، مهار‎کنند. این نتایج نشان ‎می‎دهد که فعال‎شدن رونویسی ژن‎های میزبان به‎وسیله TAL6 و TAL11a برای مهار سیستم دفاعی لازم‎اند. هنوز ژن‎های میزبانی هدف TALE که دفاع را مهار‎می‎کنند، شناخته‎نشده‎اند.

همان­طور که شکل 3 نشان می­دهد، افکتورهای TAL زانتوموناس ژن‎های هدف را در گیاه میزبان که برخی از آن‎ها در تکثیر یا گسترش باکتری نقش‎دارند، القاء می‎کنند. هدف‎های شناخته‎شده در چهار گروه قرار ‎می‎گیرند. (۱) انتقال‎دهنده‎ها (Transporters)؛ پنج ژن SWEET در کلاد III وقتی توسط افکتورهای طبیعی یا سنتزشده TALE فعال‎می‎شوند، شرایط را برای رشد باکتری فراهم‎می‎کنند، ولی تنها برای OsSWEET11 و OsSWEET14 افکتورهای TAL القاءکننده شناخته‎شده‎است و انتقال سوکروز و گلوکز به فضای بین سلولی تنها توسط OsSWEET11 و OsSWEET14 ثابت‎شده‎است. به احتمال زیاد PthXo2، OsSWEET12 را القاءمی‎کند. (۲) پایداری miRNA؛ پیش‎بینی‎شده‎است که ژن هدف OsHEN1، یک متیل‎ترنسفراز (MT) را رمز‎می‎کند که ریبوز انتهای ˊ۳ مولکول miRNA را متیله‎می‎کند. (۳). فاکتور رونویسی عمومی (General Transcription Factor, GTF)؛ برای مثال ژن مقاومت xa5 که شکل جهش‎یافته زیرواحد گامای فاکتور رونویسی IIA (TFIIAγ) است، به‎سبب عدم برهم‎کنش با افکتور AvrXa5 سبب مقاومت به بیماری بلایت برگ برنج می‎شود. در حالی‎که انتظار می‎رود ژن مقاومت xa5 عملکرد چند TALE را مختل‎کند، ممکن است xa5 تنها مانع عمل یک TALE شود. ژن xa5 روی کروموزوم پنج قرار دارد و یک جایگزین متفاوت از زیرواحد γ فاکتور رونویسی TFIIA را رمز‎می‎کند. (۴). فاکتور رونویسی (Transcription Factor, TF)؛ افکتورهای TAL مربوط به استرین‎های مختلف زانتوموناس فاکتورهای رونویسی خانواده‎های basic leucine zipper domains (bZIP)، مارپیچ-حلقه-مارپیچ (bHLH) یا lateral organ boundaries (LOB) را القاءمی‎کنند که احتمالاً از طریق ژن‎های القاءشده ثانویه متعدد فنوتیپ‎های پیچیده‎ای را ایجادمی‎کنند. †، ژن‎های حساسیت (S) را نشان‎می‎دهد. #، دست‎کم چهار TALE بسیار نزدیک (PthA*, PthAw, PthA4, PthA) به یک توالی اتصال افکتور (EBE) مشابه در راه‎انداز ژن CsLOB1 متصل می‎شوند. §، TalC در Xc به افکتور TalC بیمارگر Xoo مرتبط نیست.

شناخت تنوع تالوم (TALome) که با استفاده از توالی‎یابی ژنوم باکتری یا جستجو در کتابخانه ژنومی انجام‎می‎شود، از پیش‎نیازهای ضروری برای طراحی راه‎کار مؤثر برای ایجاد مقاومت است. پس از آگاهی از تالوم یک بیمارگر خاص لازم است ژن‎های حساسیت پیش‎بینی و تأییدشوند. هر ژن میزبان که برای باکتری مفید است، می‎تواند یک ژن حساسیت بالقوه محسوب‎شود و می‎تواند به‎عنوان یک کاندیدا برای راه‎کارهای اصلاحی لحاظ‎شود. از این میان، ژن‎های حساسیتی که هدف افکتورهای TAL مختلف قرارگیرند، برای ایجاد مقاومت پایدار و با دامنه وسیع مناسب‎تر‎ند.

 

 

 

شکل ۳- هدف‎های افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (TALE) (Boch et al., 2014).

Figure 3-Trascription Activator-Like Effctors (TALEs) targets (Boch et al., 2014). Xoo: Xanthomonas oryzae pv. Oryzae;Xoc:X. oryzae pv. Oryzicola;Xcv:X. campestris pv. Vesicatoria (X. euvesicatoria); Xc:X. citri ssp. Citri (Boch et al., 2014).

 

 

این ژن‎ها می‎توانند با توالی EBE افکتورهای TAL اصلی ترکیب‎شوند. از آن‎جایی‎که هر RVD، یک نوکلئوتید را شناسایی‎می‎کند و از سوی دیگر افکتورهای TAL بیان یک ژن را گاهی تا ۳۰۰ برابر افزایش‎می‎دهند، می‎توان با استفاده از اطلاعات بیان ژن (RNA-seq یا Microarray) و نیز توالی RVD افکتور، توالی EBE را پیدا کرد. وقتی که ژن حساسیت هدف افکتور TAL اصلی شناسایی‎شد، مرحله بعدی غربال ژرم‎پلاسم برای شناسایی آلل‎های طبیعی عدم حساسیت (برای مثال جهش در توالی EBE) یا استفاده از راه‎کارهای ویرایش ژنوم برای ایجاد مقاومت است. پس از شناسایی ژن حساسیت به‎منظور پیشگیری از اتصال افکتور TAL جایگاه EBE با استفاده از نوکلئازهای مبتنی بر TALE (TALE Nuclease, TALEN) یا کریسپر-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR-associated protein-9; CRISPR-Cas9) ویرایش‎می‎شود که این تغییرات ممکن است اختلالاتی در تنظیم بیان ژن حساسیت در میزبان ایجادکند؛ بنابراین باید چند واریانت ایجادشود و واریانت‎های مطلوب غربال ‎شوند. افکتورهای TAL اغلب به‎تنهایی نتیجه برهم‎کنش میزبان-بیمارگر را مشخص‎می‎کنند (Boch et al., 2014). بدیهی است که این افکتورها با فعال‎کردن یک ژن مقاومت متناظر، به‎عنوان فاکتورهای غیربیماری‎زایی عمل‎می‎کنند (Gu et al., 2005; Römer et al., 2007; Tian et al., 2014) در حالی‎که افکتورهای TAL که ژن حساسیت را القاء‎می‎کنند، نقش مهمی در بیماری‎زایی دارند. یک نمونه افکتور PthXo1 بیمارگر Xoo PXO99A است که بیان ژن حساسیت OsSWEET11 یک عضو از خانواده انتقال‎دهنده‎های قند را افزایش‎می‎دهد (Yang et al., 2006). آلل‎های OsSWEET11 که فاقد EBE افکتور PthXo1 هستند، به بیماری مقاوم‎اند (Chu et al., 2006; Yang et al., 2006; Yuan et al., 2009). در حقیقت پنج افکتور TAL از استرین‎های مختلف ژن‎های حساسیت SWEET (OsSWEET11-15) را فعال‎می‎کنند (Yang et al., 2006; Antony et al., 2010; Romer et al., 2010; Yu et al., 2011; Streubel et al., 2013; Richter et al., 2014). ایجاد مقاومت با یکی از دو روش حذف جایگاه هدف TALE از راه‎انداز ژن حساسیت شناخته‎شده یا اضافه‎کردن جایگاه‎های هدف TALE به راه‎انداز ژن‎های فعال‎کننده مقاومت انجام‎می‎شود (شکل ۴). فعال‎کردن ژن‎های تله معمول‎ترین نوع مقاومت اختصاصی به TALE در طبیعت است و از یک راه‎انداز قابل القاء به‎وسیله TALE‌ و یک ژن عامل مقاومت (Executor resistance gene, E gene) در پایین‎دست تشکیل‎شده‎است. ژن‎های عامل مقاومت از پروتئین‎های مقاومت (Resistance protein, Rprotein) گیاهی که غالباً تکرارهای غنی از لوسین (NB-LRR) دارند، متفاوت‎اند (Dangl et al., 2013)؛ تعامل پروتئین‎های R با افکتورهای TAL کمتر معمول است و تا کنون فقط یک پروتئین NB-LRR شناخته‎شده‎است که یک TALE را تشخیص‎دهد (Schornack et al., 2004). در حالی‎که پروتئین‎های NB-LRR پیوسته بیان‎می‎شوند و نقش دوگانه‎ای در شناسایی و دفاع دارند، ولی پروتئین‎های عامل مقاومت فقط در دفاع نقش‎دارند و فقط به‎محض فعال‎شدن رونویسی به‎وسیله یک TALE متناظر فعال‎می‎شوند.

تله‎های راه‎اندازی فعال‎شونده توسط TALE  [4] با ترکیب مطلوب را در شرایط درون‎شیشه[5] ایجاد و برای ایجاد مقاومت به بیمارگر به ژنوم گیاه وارد می‎شوند. با استفاده از مهندسی ژنتیک می‎توان EBEها را در ژنوم گیاه میزبان در بالادست ژن‎های عامل مقاومت وارد‎کرد؛ به‎این‎ترتیب از رویکرد تولید گیاهان تراریخت نیز خودداری‎‎می‎شود. فعال‎کردن ژن‎های تله نه تنها با یک EBE که با EBEهای متعدد انجام‎می‎شود، از این روش برای تولید گیاهان مقاوم استفاده‎شده‎است (Romer et al., 2009a; Hummel et al., 2012). از این راه‎کار بسته به انتخاب EBE برای ایجاد مقاومت با دامنه وسیع به گروهی از زانتوموناس‎های دارای TALEهای متفاوت استفاده‎می‎شود. با اتصال EBEهای متفاوت برای همه TALEهای استرین‎های مورد نظر مقاومت پایدارتری را در مقابل استرین‎های متعدد ایجاد‎ می‎شود (Boch et al., 2014). لازمه شکسته‎شدن این نوع مقاومت، ایجاد جهش‎های همزمان و متعدد در بیمارگر برای فرار از شناسایی توسط این تله مهندسی‎شده ‎است (Boch et al., 2014). باکتری بیمارگر Ralstonia solanacearum نیز دارای پروتئین‎های RipTAL است (de Lange et al., 2013)، تله‎های فعال‎کننده متناظر می‎توانند نه تنها علیه زانتوموناس که علیه R. solanacearum، عامل بیماری پژمردگی باکتریایی نیز عمل‎کند (Boch et al., 2014). سه نوع ژن مقاومت به افکتورهای TAL شامل ژن‎های مغلوب، غالب غیرمرتبط با رونویسی (کلاسیک) و ژن‎های مقاومت غالب وابسته به افکتورهای TAL شناخته‎شده‎اند (Zhang et al., 2015). نوع اول مقاومت مغلوب وابسته به افکتور TAL در لاین‎های برنج با پلی‎مورفیسم در جایگاه اتصال افکتور در راه‎انداز ژن‎های حساسیت وجود دارد (Hutin et al., 2015). نوع دوم ژن‎های مقاومت غالب غیروابسته به افکتور TAL تنها در ژن مقاومت NBS-LRR گوجه فرنگی، Bs4، به‎عنوان ژن مقاومت متناظر به ژن افکتور avrBsP/avrBs4 شناخته‎شده‎استست#است (Bonas et al., 1993; Schornack et al., 2004). نوع سوم ژن‎های مقاومت به‎عنوان ژن‎های خاتمه‎دهنده یا ژن‎های عامل مقاومت شناخته‎شده‎اند (Bogdanove et al., 2010; Tian et al., 2014). توالی پروتئین‎های عامل مقاومت به هیچ کدام از پروتئین‎های مقاومت شباهت ندارد. در حقیقت این پروتئین‎ها به استثنای XA10 و XA23 توالی مشابه یکدیگر ندارند. ژن‎های عامل مقاومت (E gene) و محصول آن‎ها در دو گروه قرارمی‎گیرند. گروه یک شامل پروتئین‎هایی هستند که در نمو یا فیزیولوژی گیاه نقش‎دارند و عملکرد آن در سازگاری با بیماری نیز به‎کارگرفته‎شده‎است (Zhang et al., 2015). گروه یک تنها شامل Bs3، عضوی از خانواده پروتئین‎های حفظ‎شده فلاوین مونوکسیژناز است (Römer et al., 2007; Exposito-Rodriguez et al., 2011; Zhao 2014). گروه دو شامل چهار عضو است که پروتئین‎های نسبتاً کوچک چند دُمین آبدوست گذرنده از غشای بالقوه[6] دارند و توالی مشابه با پروتئین‎های دارای عملکرد شناخته‎شده ندارند (Zhang et al., 2015). پنج ژن عامل مقاومت و افکتورهای TAL‌ متناظر آن‎ها شامل Xa27، Bs3، Bs4C-R، Xa10 و Xa23 همسانه‎سازی‎شده‎اند (Gu et al., 2005; Romer et al., 2007; Strauß et al., 2012; Tian et al., 2014; Wang et al., 2015). همه افکتورهای TAL در گیاهان دارای ژن‎های E متناظر به‎عنوان فاکتورهای غیربیماری‎زایی اصلی عمل‎می‎کنند (Mew 1987; White and Yang, 2009). سه جفت از افکتورهای TAL و ژن‎های E متناظر آن‎ها در برنج عبارت‎اند از AvrXa27/Xa27، AvrXa10/Xa10 و AvrXa23/Xa23 و علی‎رغم وجود افکتورهای AvrXa27 و AvrXa23 در بسیاری از استرین‎های موجود، هیچ ژن حساسیت یا بیماری‎زایی برای افکتورهای AvrXa10، AvrXa23 و AvrXa27 در ارقام حساس گزارش‎نشده‎است (Gu et al., 2004; Wang et al., 2014). ژن عامل مقاومت به‎محض اتصال افکتور به توالی جایگاه اتصال افکتور (EBE) در راه‎انداز بیان‎می‎شود.

ژن‎های E پتانسیل زیادی برای برنامه‎های اصلاحی و ایجاد ارقام مقاوم وسیع‎الطیف و پایدار دارند. در برنج فقط پروتئین XA10 در شرایط مزرعه استفاده‎شده‎است و در مقابل تعداد معدودی از نژادهای موجود بیمارگر مؤثر بوده‎است (Vera-Cruz et al., 2000; Mishra et al., 2013). ژن Xa27 به برنامه‎های اصلاحی واردشده‎است (Luo et al., 2012; Luo and Yin, 2013) و ژن‎های Xa23 و Xa7 نیز در مرحله واردشدن به برنامه‎های اصلاحی متعددند (Perez et al., 2008; Huang et al., 2012). ژن‎های E با توالی که به‎اصطلاح ابر راه‎انداز[7] (راه‎اندازی که جایگاه اتصال چند فعال‎کننده رونویسی را در خود جای‎داده‎است و کارایی رونویسی بالایی دارد) نامیده‎می‎شود، متصل می‎شوند. این توالی شامل جایگاه اتصال چند افکتور است که هر کدام توسط افکتورهای TAL متناظر خاصی در جمعیت‎های بیمارگر بیان‎می‎شوند (Romer et al., 2009a; Hummel et al., 2012; Zheng et al., 2015). ژن مقاومت Xa27 به یک ابر راه‎انداز که شامل جایگاه اتصال سه افکتور TAL بیمارگر Xoo و سه افکتور TAL بیمارگر Xoc متصل‎شد. گیاهان حاصل به چند استرین Xoo و Xoc مقاوم شدند (Hummel et al., 2012). دانش دقیق از پروتئین‎های TALE و عملکرد مولکولی آن‎ها، امکان طراحی تله‎های اختصاصی در راه‎انداز ژن‎های حساسیت و مهارکردن عملکرد پرآزاری TALE ‎را فراهم‎می‎کند. چنین سیستم‎های دفاعی می‎توانند نسبت به سیستم‎های طبیعی برتر باشند زیرا می‎توانند مقاومت پایدارتر و با دامنه وسیع‎تری را فراهم‎کنند (Boch et al., 2014).

ایران به‎عنوان یکی از کانون‎های مهم آلودگی بیماری نواری باکتریایی برگ مطرح است (Alizadeh and Rahimian, 1989; Alizadeh et al., 1995). تاکنون هیچ ژنوتیپ مقاومی به این بیماری در ژنوتیپ‎های بومی گندم در ایران گزارش‎نشده‎است (Falahi Charkhabi et al., 2015). از سوی دیگر بیماری شانکر مرکبات نیز از بیماری‎های مهم مرکبات در استان‎های جنوبی شامل کرمان، فارس، هرمزگان و سیستان و بلوچستان است (Alizadeh and Rahimian, 1990; Khodakaramian et al., 1999; Rahimian et al., 1998; Rezaei et al., 2012) و تاکنون منبع مقاومتی به شانکر مرکبات گزارش‎نشده‎است (Gonzalez et al., 2007; Verdier et al., 2012; Xu et al., 2013;). در اصلاح ژنتیکی گیاهان معمولاً از ژن‎های مقاومت استفاده‎می‎شود، اما در پاتوسیستم‎هایی که منبع مقاومت به بیماری گزارش‎نشده‎است، ویرایش ژنوم راه میان‎بری را برای ایجاد مقاومت به یک یا چند بیمارگر فراهم‎می‎کند (Peng et al., 2017).

همان طور که شکل 4 نشان می­دهد تله‎های مهندسی‎شده که توسط TALE فعال می‎شوند، از چند جایگاه اتصال افکتور (EBEها؛ E1، E2، E3) تشکیل‎شده‎اند که هر کدام با یک TALE مشخص (قرمز) به‎صورت اختصاصی برهم‎کنش دارند. برهم‎کنش EBE-TALE به ایجاد رونوشت‎هایی (خطوط موج‎دار) منجرمی‎شود که ممکن است جایگاه‎های شروع رونویسی متمایز داشته‎باشند. این رونوشت‎ها یک پروتئین عامل مقاومت (Ex) را رمز‎می‎کنند که یک پاسخ دفاعی را سبب می‎شود و اغلب با مرگ موضعی سلول میزبان (جمجمه) همراه است. تله‎های فعال‎کننده حاوی چند EBE، امکان شناسایی چند TALE را فراهم‎می‎کنند و به‎این‎ترتیب احتمالاً از تله‎های فعال‎کننده طبیعی که معمولاً تنها یک EBE دارند، بهتراند. ترجمه همزمان پروتئین‎های عامل مقاومت متمایز از یک رونوشت (۲) ممکن است به پاسخ دفاعی قوی‎تر یا سریع‎تر منجر‎شود و احتمالاً‌ سبب حفاظت در مقابل بیمارگر‎هایی که یک پروتئین عامل مقاومت انفرادی نمی‎تواند رشد آن‎ها را محدود‎کند. برای ترجمه پیوسته از پروتئین‎های عامل مقاومت متعدد از یک رونوشت، توالی‎های رمزکننده متناظر به‎صورت متوالی قرارمی‎گیرند و با توالی رمزکننده پپتید کاتالتیک A۲ ویروس عامل بیماری پا و دهان (2A) تفکیک‎می‎شوند. در این ساختار ژنی یک TALE انفرادی می‎تواند سبب القای ترجمه توالی‏‎های متوالی رمزکننده عامل مقاومت به‎صورت پیوسته و به‎عنوان یک رونوشت پلی‎سیسترونیک پروکاریوتی شود. (۳) پروتئین‎های Avr که سیستم دفاعی گیاه میزبان را فعال‎می‎کنند، ممکن است جایگزین پروتئین‎های عامل مقاومت شوند. معمولاً پروتئین‎های مقاومت (NL)، پروتئین‎های Avr را تشخیص‎می‎دهند و به‎محض دریافت به یک ترکیب بالقوه پیام‎رسانی (NL*) تبدیل‎می‎شوند. جهش در پروتئین‎های مقاومت نوع NL می‎تواند سبب تولید شکل‎های متنوع NL خودفعال شود که پاسخ‎های دفاعی را سریع‎تر از زمانی که با پروتئین‎های Avr فعال‎می‎شوند، القاءکند (۴). القای بیان ژن‎های حساسیت میزبان توسط TALE برای رشد باکتری مطلوب است (۵). می‎توان گیاه میزبان را به‎وسیله نوکلئازهای هدایت‎شده به جایگاه هدف[8]  (TALEN) در ناحیه EBE توالی راه‎انداز ژن حساسیت (E) به‎صورت غیرسازگار با TALE (e) ویرایش‎کرد (پیکان خاکستری). توالی EBE حذف یا اصلاح‎شده با TALE سازگار نیست و به‎این‎ترتیب یک TALE مشخص نمی‎تواند بیان ژن حساسیت (S) را فعال‎کند و گیاه میزبان شرایط رشد باکتری را فراهم‎نمی‎کند. عناصر سیاه، ژن‎های و پروتئین‎های مشتق‎شده از میزبان را نشان‎می‎دهد. خطوط موج‎دار رونوشت‎هایی را نشان‎می‎دهد که به‎وسیله TALE (قرمز) یا به‎وسیله فاکتورهای رونویسی گیاه (سیاه) فعال‎می‎شود. پیکان‎ها رونویسی (خطوط پیوسته) و ترجمه (خطوط منقطع) را نشان‏‎می‎دهد. زمینه قرمز و زرد به‎ترتیب ژنوتیپ‎های مقاوم و حساس میزبان را نشان‎می‎دهد (Boch et al., 2014).

به نظر می‎رسد برای شناسایی ژن‎های هدف افکتورهای TAL اصلی، ویرایش جایگاه اتصال آن‎ها و تغییر ژن‎های حساسیت نسبت به استفاده از ژن‎های غالب مقاومت سبب ایجاد مقاومت پایدارتری در مقابل بیماری می‎شود (van Schie and Takken, 2014). حذف EBE از راه‎انداز ژن‎های هدف با استفاده از ویرایش ژنومی می‎تواند به مقاومت به طیف وسیعی از استرین‎های بیمارگر منجرشود. ویرایش جایگاه اتصال افکتورهای AvrXa7، PthXo3 و Tal5 در راه‎انداز ژن حساسیت OsSWEET14 با استفاده از TALEN به مقاومت برنج به طیف گسترده‎ای از استرین‎های Xoo جمع‎آوری‎شده از مناطق مختلف دنیا منجر‎شده‎است (Li et al., 2012; Blanvillain-Baufum et al., 2017). ویرایش توالی EBE افکتور PthA در راه‎انداز ژن LOB1 با استفاده از CRISPR-Cas9 سبب مقاومت پرتقال به بیماری شانکر مرکبات شده‎است (Jia et al., 2016a,b; Peng et al., 2017). در حقیقت این نوع گیاهان مهندسی‎شده ژنتیکی تراریخت نیستند زیرا گیاه هیچ ژن خارجی دریافت‎نکرده‎است (Podevin et al., 2012; Waltz 2012). البته جلوگیری از فعال‎شدن ژن‎های حساسیت به‎واسطه TALE مکانیسم پایداری برای افکتورهای TAL اصلی است که فعالیت ژن هدف آن‎ها نقش اساسی در رشد بیمارگر دارد (Boch et al., 2014). از راهکارهای مختلفی مانند کشت ارقام مقاوم یا ارقام با حساسیت کمتر، سمپاشی باکتری‎کش‎های مسی، استفاده ازآنتی‎بیوتیک‎ها، استفاده از بادشکن و استفاده از القاکننده‎های مقاومت اکتسابی برای مدیریت بیماری‎های ناشی از باکتری‎ها استفاده‎می‎شود (Canteros et al., 2017). اما این روش‎ها معایب بالقوه شامل هزینه بالا، خطرهای سلامتی برای انسان و جانوران و تأثیرات سوء زیست محیطی دارند.

 

 


 

 

شکل ۴- مقاومت طراحی‎شده در مقابل افکتورهای شبه‎فعال‎کننده رونویسی (TALE) (Boch et al., 2014).

Figure 4- Engineered resistance against transcription activator-like effectors (TALEs) (Boch et al., 2014).

 

 

اصلاح ارقام مقاوم مؤثرترین و پایدارترین راه‎کار برای مدیریت بیماری‎های ناشی از زانتوموناس‎هاست. در مواردی که منبع مقاومت به بیماری شناخته‎نشده‎است (Gonzalez et al., 2007; Verdier et al., 2012; Xu et al., 2013; Falahi Charkhabi et al., 2015)، ویرایش ژنوم سریع‎ترین راه برای اصلاح ارقام موجود است (Gong and Liu, 2013; Grosser et al., 2017). تغییر ژن‎های حساسیت نسبت به استفاده از ژن‎های غالب مقاومت سبب ایجاد مقاومت پایدارتری در مقابل بیماری می‎شود (van Schie and Takken, 2014). در پرتو ماهیت تعیین‎کننده برهم‎کنش افکتور TAL و ژن هدف آن‎ها، شناخت تالوم یک بیمارگر، پیش‎بینی ژن‎های حساسیت و ویرایش ژنوم میزبان با استفاده از ابزارهای موجود راه‎کارهای جدیدی برای مدیریت بیماری‎های ناشی از باکتری‎ها را فراهم‎شده‎است.

 



 

منابع          

Alizadeh A, Barrault G, Sarrafi A, Rahimian H, Albertini L (1995). Identification of bacterial leaf streak of cereals by their phenotypic characteristics and host range in Iran. European Journal of Plant Pathology 101: 225-229.

Alizadeh A, Rahimian H (1989). Bacterial leaf streak of Gramineae in Iran. Bulletin OEPP 19: 113-117.

Alizadeh A, Rahimian H (1990). Citrus canker in Kerman province. Iranian Journal of Plant Pathology 26, 42.

Antony G, Zhou J, Huang S, Li T, Liu B, White F, Yang B (2010). Rice xa13 recessive resistance to bacterial blight is defeated by induction of the disease susceptibility gene Os-11N3. The Plant Cell 22: 3864-3876.

Bai J, Choi S-H, Ponciano G, Leung H, Leach JE (2000). Xanthomonas oryzae pv oryzae avirulence genes contribute differently and specifically to pathogen aggressiveness. Molecular Plant-Microbe Interactions 13: 1322-1329.

Blanvillain‐Baufumé S, Reschke M, Solé M, Auguy F, Doucoure H, Szurek B Donaldo Meynard3 Portefaix M, Cunnac S, Guiderdoni E, Boch J, Koebnik R (2017). Targeted promoter editing for rice resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae reveals differential activities for SWEET14‐inducing TAL effectors. Plant Biotechnology Journal 15: 306–317.

Boch J, Bonas U (2010). Xanthomonas AvrBs3 family-type III effectors: discovery and function. Phytopathology 48(1) 419.

Boch J, Bonas U, Lahaye T (2014). TAL effectors—pathogen strategies and plant resistance engineering. New Phytolist 204: 823–832.

Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S, Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U (2009). Breaking the code of DNA binding specificity of TAL-type III effectors. Science 326: 1509–12.

Bogdanove AJ, Schornack S, Lahaye T (2010). TAL effectors: finding plant genes for disease and defense. Current opinion in plant biology 13: 394-401.

Bonas U, Conradsstrauch J, Balbo I (1993). Resistance in tomato to Xanthomonas campestris pv vesicatoria is determined by alleles of the pepperspecific avirulence gene avrBs3. Molecular Genetics and Genomics. 238: 261–269.

Bonas U, Stall RE, Staskawicz B (1989). Genetic and structural characterization of the avirulence gene avrBs3 from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. Molecular and General Genetics 218: 127-136.

Brunings AM, Gabriel DW (2003). Xanthomonas citri: breaking the surface. Molecular plant pathology 4: 141-157.

Büttner D, Bonas U (2002). Getting across—bacterial type III effector proteins on their way to the plant cell. EMBO Journal 21: 313-5322.

Canteros BI, Gochez AM, Moschini RC (2017). Management of Citrus Canker in Argentina, a Success Story. The Plant Pathology Journal.;33: 441-449..

Castiblanco LF, Gil J, Rojas A, Osorio D, Gutiérrez S, Muñoz‐Bodnar A, Perez-Quintero AL, Koebnik R, Szurek B, López C, Restrepo S, Verdier V, Bernal AJ (2013). TALE1 from Xanthomonas axonopodis pv manihotis acts as a transcriptional activator in plant cells and is important for pathogenicity in cassava plants. Molecular Plant Pathology 14: 84-95.

Cernadas RA, Doyle EL, Niño-Liu DO, Wilkins KE, Bancroft T, Wang L, Schmidt, CL, Caldo, R, Yang B, White FF, Nettleton D, Wise AP, Bogdanove AJ (2014). Code-assisted discovery of TAL effector targets in bacterial leaf streak of rice reveals contrast with bacterial blight and a novel susceptibility gene. PLoS Pathogens 10: e1003972.

Chan JW, Goodwin PH (1999). The molecular genetics of virulence of Xanthomonas campestris. Biotechnology advances 17: 489-508.

Chen LQ, Qu XQ, Hou BH, Sosso D, Osorio S, Fernie AR, Frommer WB (2012). Sucrose efflux mediated by SWEET proteins as a key step for phloem transport. Science 335: 207–211.

Chu Z, Yuan M, Yao J, Ge X, Yuan B, Xu C, Li X, Fu B, Li Z, Bennetzen JL, Zhang Q, Wang S (2006). Promoter mutations of an essential gene for pollen development result in disease resistance in rice. Genes and Development 20: 1250–1255.

Cohn M, Bart RS, Shybut M, Dahlbeck D, Gomez M, Morbitzer R, Hou BH, Frommer WB, Lahaye T, Staskawicz BJ (2014). Xanthomonas axonopodis virulence is promoted by a transcription activator-like effector-mediated induction of a SWEET sugar transporter in cassava. Molecular Plant-Microbe Interactions 27: 1186-1198.

Cox K, Meng F, Wilkins KE, Li F, Wang P, Booher NJ, Carpenter SCD, Chen LQ, Zheng H, Gao X, Zheng Y, Fei Z, Yu JZ, Isakeit T,Wheeler T, Frommer WB, He P, Bogdanove AJ, Shan L (2017). TAL effector driven induction of a SWEET gene confers susceptibility to bacterial blight of cotton. Nature Communications 24: 15588

de Lange O, Schreiber T, Schandry N, Radeck J, Braun KH, Koszinowski J, Heuer H, Strauß A, Lahaye T (2013). Breaking the DNA binding code of Ralstonia solanacearum TAL effectors provides new possibilities to generate plant resistance genes against bacterial wilt disease. New Phytologist 199: 773–786.

Dou D, Zhou JM (2012). Phytopathogen effectors subverting host immunity: different foes similar battleground. Cell Host and Microbe 12: 484–495.

Duan Y, Castaneda A, Zhao G, Erdos G, Gabriel D (1999). Expression of a single host-specific bacterial pathogenicity gene in plant cells elicits division enlargement and cell death. Molecular Plant-Microbe Interactions 12: 556-560.

Exposito-Rodriguez M, Borges AA, Borges-Perez A, Perez JA (2011). Gene structure and spatiotemporal expression profile of tomato genes encoding YUCCA-like flavin monooxygenases: The ToFZY gene family. Plant Physiology and Biochemistry 49: 782–791.

Falahi Charkhabi N Booher NJ Peng Z Wang L Rahimian H Shams-Bakhsh M Liu Z Liu S White FF Bogdanove AJ. 2017b. Complete Genome Sequencing and Targeted Mutagenesis Reveal Virulence Contributions of Tal2 and Tal4b of Xanthomonas translucens pv. undulosa ICMP11055 in Bacterial Leaf Streak of Wheat. Frontiers in Microbiology 8:1488.

Falahi Charkhabi N Booher NJ Peng Z Wang L Rahimian H Shams-Bakhsh M Liu Z Liu S White FF Bogdanove AJ (2017a). Complete Genome Sequencing and Targeted Mutagenesis Reveal Virulence Contributions of Tal2 and Tal4b of Xanthomonas translucens pv. undulosa ICMP11055 in Bacterial Leaf Streak of Wheat. Frontiers in Microbiology 8:1488.

Falahi Charkhabi N, Shams-bakhsh M, Rahimian H (2015). Reaction of Iranian Cereal Genotypes to Multiple Strains of Xanthomonas translucens pv. cerealis. Journal of agricultural science and technology 17: 241-248.

Ghosh P (2004). Process of protein transport by the type III secretion system. Microbiology and Molecular Biology Reviews 68: 771–795.

Gonzalez C, Szurek B, Manceau C, Mathieu T, Sere Y, Verdier V (2007). Molecular and pathotypic characterization of new Xanthomonas oryzae strains from West Africa. Molecular Plant Microbe Interaction 20 534–546.

Gu K, Tian D, Yang F, Wu L, Sreekala C, Wang D, Wang GL, Yin Z (2004). Highresolution genetic mapping of Xa27) a new bacterial blight resistance gene in rice Oryza sativa L. Theoretical and Applied Genetics 108: 800–807.

Gu K, Yang B, Tian D, Wu L, Wang D, Sreekala C, Yang F, Chu Z, Wang GL, White FF, Yin Z (2005). R gene expression induced by a type-III effector triggers disease resistance in rice. Nature 435(7045) 1122-1125.

Hopkins CM, White FF, Choi SH, Guo A, Leach JE (1992). Identification of a family of avirulence genes from Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Molecular Plant–Microbe Interaction 5: 451–59.

Hu Y, Zhang J, Jia H, Sosso D, Li T, Frommer WB, Yang B, White FF, Wang N, Jones JB (2014). Lateral organ boundaries 1 is a disease susceptibility gene for citrus bacterial canker disease. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111: 521–529.

Huang B, Xu JY, Hou MS, Ali J, Mou TM (2012). Introgression of bacterial blight resistance genes Xa7 Xa21 Xa22 and Xa23 into hybrid rice restorer lines by molecular marker-assisted selection. Euphytica 187: 449–459.

Hummel AW, Doyle EL, Bogdanove AJ (2012). Addition of transcription activator-like effector binding sites to a pathogen strain-specific rice bacterial blight resistance gene makes it effective against additional strains and against bacterial leaf streak. New Phytologist 195: 883–893.

Hutin M, Sabot F, Ghesquiere A, Koebnik R, Szurek B (2015). A knowledge-based molecular screen uncovers a broad-spectrum OsSWEET14 resistance allele to bacterial blight from wild rice. Plant Journal 84: 694-703.

Iyer AS McCouch SR (2004). The rice bacterial blight resistance gene xa5 encodes a novel form of disease resistance. Molecular Plant–Microbe Interactions 17: 1348–1354.

Ji Z-Y, Xiong L, Zou L-F, Li Y-R, Ma W-X, Liu L, Zakria M, Ji G-H, Chen G-Y (2014). AvrXa7-Xa7 mediated defense in rice can be suppressed by transcriptional activator-like effectors TAL6 and TAL11a from Xanthomonas oryzae pv. oryzicola. Molecular Plant–Microbe Interactions 27: 983–995.

Jia H, Orbovic V, Jones JB Wang N (2016). Modification of the PthA4 effector binding elements in Type I CsLOB1 promoter using Cas9/sgRNA to produce transgenic Duncan grapefruit alleviating Xcc pthA4:dCsLOB1.3 infection. Plant Biotechnology Journal 14 1291–1301.

Jia H, Zhang Y, Orbović V, Xu J, White FF, Jones JB, Wang N (2017). Genome editing of the disease susceptibility gene CsLOB1 in citrus confers resistance to citrus canker. Plant Biotechnology Journal 15: 817–823.

Jones JD, Dangl JL (2006). The plant immune system. Nature 444: 323–329.

Kay S, Bonas U (2009). How Xanthomonas type III effectors manipulate the host plant. Current Opinion of Microbiology 12: 37–43.

Khodakaramian G, Rahimian H, Mohamadi M, Allameh A (1999). Phenotypic characteristics, host range and distribution of the strains of Xanthomonas axonopodis inducing citrus canker in southern Iran. Iranian Journal of Plant Pathology 35: 40–3.

Leyns F, De Cleene M, Swings J-G, De Ley J (1984). The host range of the genus Xanthomonas. Botanical Review 50: 308-356.

Li T, Liu B, Spalding MH, Weeks DP, Yang B (2012). High-efficiency TALEN-based gene editing produces disease-resistant rice. Nature biotechnology 30: 390-392.

Li Z, Zou L, Ye G, Xiong L, Ji Z, Zakria M, Hong N, Wang G, Chen G (2014). A potential disease susceptibility gene CsLOB of citrus is targeted by a major virulence effector PthA of Xanthomonas citri subsp citri. Molecular plant 7: 912-915.

Liu Q, Yuan M, Zhou YAN, Li X, Xiao J, Wang S (2011). A paralog of the MtN3/saliva family recessively confers race-specific resistance to Xanthomonas oryzae in rice. Plant, Cell and Environment 34: 1958–1969.

Luo Y, Sangha JS, Wang S, Li Z, Yang J, Yin Z (2012). Marker-assisted breeding of Xa4, Xa21 and Xa27 in the restorer lines of hybrid rice for broadspectrum and enhanced disease resistance to bacterial blight. Molecular Breeding 30: 1601–1610.

Luo Y, Yin Z (2013). Marker-assisted breeding of Thai fragrance rice for semi-dwarf phenotype, submergence tolerance and disease resistance to rice blast and bacterial blight. Molecular Breeding 32: 709–721.

Mak AN-S, Bradley P, Cernadas RA, Bogdanove AJ, and Stoddard BL (2012). The crystal structure of TAL effector PthXo1 bound to its DNA target Science 335(6069) 716-719.

Marois E, Van den Ackerveken G, Bonas U (2002). The Xanthomonas type III effector protein AvrBs3 modulates plant gene expression and induces cell hypertrophy in the susceptible host. Molecular Plant–Microbe Interaction 15: 637–46.

Mew TW (1987). Current status and future prospects of research on bacterial blight of rice. Annual Review of Phytopathology 25: 559–382.

Miller JC, Tan S, Qiao G, Barlow KA, Wang J, Xia DF, Meng X, Paschon DE, Leung E, Hinkley SJ, Dulay GP, Hua KL, Ankoudinova I, Cost GJ, Urnov FD, Zhang HS, Holmes MC, Zhang L, Gregory PD and Rebar EJ (2011). A TALE nuclease architecture for efficient genome editing. Nature Biotechnology 29: 143–8.

Mishra D, Vishnupriya MR, Anil MG, Konda K, Raj Y, Sonti RV (2013). Pathotype and genetic diversity amongst Indian isolates of Xanthomonas oryzae pv. oryzae. PLoS One 8: e81996.

Mohammadi M, Mirzaee MR, Rahimian H (2001). Physiological and biochemical characteristics of Iranian strains of Xanthomonas axonopodis pv. citri, the causal agent of citrus bacterial canker disease. Journal of Phytopathology 149, 65–75.

Morbitzer R, Romer P, Boch J, Lahaye T (2010). Regulation of selected genome loci using de novo-engineered transcription activator-like effector (TALE) -type transcription factors. Proceedings of the National Academy of Sciences 107: 21617–21622.

Moscou MJ, and Bogdanove AJ (2009). A simple cipher governs DNA recognition by TAL effectors. Science 326(5959) 1501-1501.

Parkinson N, Aritua V, Heeney J, Cowie C, Bew J, Stead D (2007). Phylogenetic analysis of Xanthomonas species by comparison of partial gyrase B gene sequences. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 57: 2881–2887.

Parkinson N, Cowie C, Heeney J, and Stead D (2009). Phylogenetic structure of Xanthomonas determined by comparison of gyrB sequences. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 59: 264-274.

Peng A, Chen S, Lei T, Xu L, He Y, Wu L, Yao L, Zou X (2017). Engineering canker‐resistant plants through CRISPR/Cas9‐targeted editing of the susceptibility gene CsLOB1 promoter in citrus. Plant Biotechnology Journal 15:1509–1519.

Perez LM, Redoña ED, Mendioro MS, Vera Cruz CM, Leung H (2008). Introgression of Xa4 Xa7 and Xa21 for resistance to bacterial blight in thermosensitive genetic male sterile rice (Oryza sativa L.) for the development of two-line hybrids. Euphytica 164: 627–636.

Podevin N Devos Y Davies HV Nielsen KM (2012). Transgenic or not? No simple answer! New biotechnology-based plant breeding techniques and the regulatory landscape. EMBO Reports 13: 1057–1061.

Poulin L, Grygiel P, Magne M, Gagnevin L, Rodriguez-R LM, Forero Serna N, Zhao S, El Rafii M, Dao S, Tekete C, Wonni I, Koita O, Pruvost O, Verdier V, Vernière C, Koebnik R (2015). New multilocus variable-number tandemrepeat analysis tool for surveillance and local epidemiology of bacterial leaf blight and bacterial leaf streak of rice caused by Xanthomonas oryzae. Applied and Environmental Microbiology 81 688–698.

Preston GM, Studholme DJ Caldelari I (2005). Profiling the secretomes of plant pathogenic Proteobacteria. FEMS Microbiology Review 29: 331–360.

Rezaei MK, Shams-bakhsh M, Alizadeh A (2011). Xanthomonas citri subsp. citri strains in Iran. Workshop on xanthomonas citri/Citrus canker, 17-18th November, Ribeirao Preto, Brazil.

Rezaei MK, Shams-bakhsh M, Alizadeh A (2012). Genetic diversity among Xanthomonas citri subsp. citri strain in Iran. Journal of Plant Protection Research, 52: 1-9.

Römer P, Hahn S, Jordan T, Strauß T, Bonas U, and Lahaye T (2007). Plant pathogen recognition mediated by promoter activation of the pepper Bs3 resistance gene. Science 318: 645-648.

Römer P, Recht S, and Lahaye T (2009). A single plant resistance gene promoter engineered to recognize multiple TAL effectors from disparate pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 20526-20531.

Romer P, Recht S, Lahaye T (2009a). A single plant resistance gene promoter engineered to recognize multiple TAL effectors from disparate pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences 106: 20526–20531.

Römer P, Recht S, Strauß T, Elsaesser J, Schornack S, Boch J, Wang S, Lahaye T (2010). Promoter elements of rice susceptibility genes are bound and activated by specific TAL effectors from the bacterial blight pathogen Xanthomonas oryzae pv oryzae. New Phytologist 187: 1048-1057.

Romer P, Strauss T, Hahn S, Scholze H, Morbitzer R, Grau J, Bonas U, Lahaye T (2009b). Recognition of AvrBs3-like proteins is mediated by specific binding to promoters of matching pepper Bs3 alleles. Plant Physiology 150: 1697–1712.

Schornack S Meyer A Romer P Jordan T Lahaye T (2006). Gene-for-gene mediated recognition of nuclear-targeted AvrBs3-like bacterial effector proteins. Journal of Plant Physiology. 163:256-272.

Schornack S, Ballvora A, Gurlebeck D, Peart J, Baulcombe D, Ganal M, Baker B, Bonas U, Lahaye T (2004). The tomato resistance protein Bs4 is a predicted non-nuclear TIR-NB-LRR protein that mediates defense responses to severely truncated derivatives of AvrBs4 and overexpressed AvrBs3. Plant Journal 37: 46-60.

Schornack S, Minsavage GV, Stall RE, Jones JB, and Lahaye T (2008). Characterization of AvrHah1 a novel AvrBs3‐like effector from Xanthomonas gardneri with virulence and avirulence activity. New Phytologist 179: 546-556.

Schornack S, Moscou MJ, Ward ER, Horvath DM (2013). Engineering plant disease resistance based on TAL effectors. Annual review of phytopathology 51:383-406.

Schornack S, Peter K, Bonas U, Lahaye T (2005). Expression levels of avrBs3-like genes affect recognition specificity in tomato Bs4 but not in pepper Bs3 mediated perception. Molecular Plant-Microbe Interaction 18: 1215–1225.

Schwartz AR, Morbitzer R, Lahaye T, Staskawicz BJ (2017). TALE-induced bHLH transcription factors that activate a pectate lyase contribute to water soaking in bacterial spot of tomato. Proc Natl Acad Sci U S A 114: E897-E903.

Strauß T, van Poecke RM, Strauß A, Römer P, Minsavage GV, Singh S, Wolf C, Strauß A, Kim S, Lee HA, Yeom SI, Parniske M, Stall RE, Jones JB, Choi D, Prins M, Lahaye T (2012). RNA-seq pinpoints a Xanthomonas TAL-effector activated resistance gene in a large crop genome. Proceedings of the National Academy of Sciences 109: 19480–19485.

Streubel J, Blucher C, Landgraf A, Boch J (2012). TAL effector RVD specificities and efficiencies. Nature Biotechnology 30: 593–595.

Streubel J, Pesce C, Hutin M, Koebnik R, Boch J, Szurek B (2013). Five phylogenetically close rice SWEET genes confer TAL effector-mediated susceptibility to Xanthomonas oryzae pv oryzae. New Phytologist 200: 808-819.

Swarup S, De Feyter R, Brlansky R, Gabriel D (1991). A pathogenicity locus from Xanthomonas citri enables strains from several pathovars of X campestris to elicit cankerlike lesions on citrus. Phytopathology 81: 802-809.

Szurek B, Marois E, Bonas U, Van den Ackerveken G (2001). Eukaryotic features of the Xanthomonas type III effector AvrBs3: protein domains involved in transcriptional activation and the interaction with nuclear import receptors from pepper. Plant Journal 26: 523–34.

Szurek B, Rossier O, Hause G, Bonas U (2002). Type III–dependent translocation of the Xanthomonas AvrBs3 protein into the plant cell. Molecular Microbiology 46: 13–23.

Tian D, Wang J, Zeng X, Gu K, Qiu C, Yang X, , Zhou Z, Goh M, Luo Y, Murata-Hori M, White FF, Yin Z (2014). The rice TAL effector–dependent resistance protein XA10 triggers cell death and calcium depletion in the endoplasmic reticulum. Plant Cell 26: 497-515.

Van den Ackerveken G, Marois E, Bonas U. 1996. Recognition of the bacterial avirulence protein AvrBs3 occurs inside the host plant cell. Cell 87: 1307–16.

Van der Hoorn RAL, Kamoun S (2008). From guard to decoy: a new model for perception of plant pathogen effectors. Plant Cell 20: 2009–2017.

van Doorn J, Boonekamp PM, Oudega B (1994). Partial characterization of fimbriae of Xanthomonas campestris pv. hyacinthi. Molecular Plant-Microbe Interaction 7: 334–344.

Vera-Cruz CMV, Bai JF, Ona I, Leung H, Nelson RJ, Mew TW, Leach JE (2000). Predicting durability of a disease resistance gene based on an assessment of the fitness loss and epidemiological consequences of avirulence gene mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America97 13500–13505.

Verdier V, Triplett LR, Hummel AW, Corral R, Cernadas RA, Schmidt CL, Bogdanove AJ, Leach JE (2012). Transcription activator-like (TAL) effectors targeting OsSWEET genes enhance virulence on diverse rice (Oryza sativa) varieties when expressed individually in a TAL effector-deficient strain of Xanthomonas oryzae. New Phytologist 196: 1197-1207.

Waltz E (2012). Tiptoeing around transgenics. Nature Biotechnology 30: 215–217.

Wang C, Zhang X, Fan Y, Gao Y, Zhu Q, Zheng C, Qin T, Li Y, Che J, Zhang M, Yang B, Liu Y, Zhao K (2015). XA23 is an executor R protein and confers broad-spectrum disease resistance in rice. Molecular Plant 8: 290-302.

Wang Y, Cheng X, Shan Q, Zhang Y, Liu J, Gao C, Qiu JL (2014). Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology 32: 947-951.

White FF, Potnis N, Jones JB, and Koebnik R (2009). The type III effectors of Xanthomonas. Molecular plant pathology 10: 749-766.

White FF, Yang B, Johnson LB (2000). Prospects for understanding avirulence gene function. Current Opinion in Plant Biology 3: 291–298.

Xu Q, Chen L, Ruan X, Chen D, Zhu A, Chen C, Bertrand D, Jiao W, Hao B, Lyon MP, Chen J, Gao S, Xing F, Lan H, Chang J, Ge X, Lei Y, Hu Q, Miao Y, Wang L, Xiao S, Biswas MK, Zeng W, Guo F, Cao H, Yang X, Xu X, Cheng Y, Xu J , Liu J, Luo OJ, Tang Z, Guo W, Kuang H, Zhang H, Roose ML, Nagarajan N, Deng X, Ruan Y (2013). The draft genome of sweet orange (Citrus sinensis) Nature Genetics 45 59–66.

Yang B, Sugio A, White FF (2006). Os8N3 is a host disease-susceptibility gene for bacterial blight of rice. Proceedings of the National Academy of Sciences 103: 10503–10508.

Yang B, White FF (2004). Diverse members of the AvrBs3/PthA family of type III effectors are major virulence determinants in bacterial blight disease of rice. Molecular Plant-Microbe Interactions 17: 1192-1200.

Yang Y, Gabriel DW (1995). Xanthomonas avirulence/pathogenicity gene family encodes functional plant nuclear targeting signals. Molecular Plant–Microbe Interaction 8: 627–31.

Yang Y, Yuan Q, Gabriel D (1996). Watersoaking function (s) of XcmH1005 are redundantly encoded by members of the Xanthomonas avr/pth gene family. Molecular Plant–Microbe Interaction 9: 105-113.

Yu Y, Streubel J, Balzergue S, Champion A, Boch J, Koebnik R, Feng J, Verdier V, Szurek B (2011). Colonization of rice leaf blades by an African strain of Xanthomonas oryzae pv oryzae depends on a new TAL effector that induces the rice nodulin-3 Os11N3 gene. Molecular Plant-Microbe Interactions 24: 1102-1113

Yuan M, Chu Z, Li X, Xu C, Wang S (2009). Pathogen-induced expressional loss of function is the key factor in race-specific bacterial resistance conferred by a recessive R gene xa13 in rice. Plant Cell Physiology 50: 947–955.

Yuan M, Wang S (2013). Rice MtN3/saliva/SWEET family genes and their homologs in cellular organisms. Molecular Plant 6: 665–674.

Zhang J, Yin Z, White F (2015). TAL effectors and the executor R genes. Frontiers in Plant Science 6: 641.

Zhao Y (2014). Auxin biosynthesis. Arabidopsis Book 12: e0173–e0173.

Zhu W, Yang B, Chittoor JM, Johnson LB, White FF (1998). AvrXa10 contains an acidic transcriptional activation domain in the functionally conserved C terminus. Molecular Plant–Microbe Interaction 11: 824–32.

 

 

 


 

Transcription activator-like effectors (TALEs) role in plant response to Xanthomonas

 

Shams-bakhsh M.1, Falahi-Charkhabi N. 2*, Rahimian H.3

 

1Professor Associate, Plant Pathology Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.

2Professor Assistant, Entomology and Plant Pathology Department, Aburaihan Campus, University of Tehran, Tehran, Iran.

3Professor, Department of Plant Protection, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.

 

Abstract

Xanthomonas is an important plant pathogenic bacteria and cause economic losses in a wide range of crop plants. The type III secretion system as a crucial pathogenicity factor is used to inject effector proteins into the host cell. Transcription activator like effectors (TALEs), known in the most Xanthomonas species, are DNA-binding proteins which determine solely the outcome of plant-pathogen interaction. Because of determinative nature of TALE-target gene interaction, the knowledge of pathogen TALome diversity, forecasting susceptibility genes, genome editing using new developed methods have provided novel strategies for management of plant diseases. This article reviews TALEs structure, their role in pathogenicity and resistance, as well development of resistant plants to Xanthomonas using TALome derived results.

Keywords: Genome editing, TALome, susceptibility genes.

 


* نویسنده مسئول: نرگس فلاحی چرخابی                         تلفن: 02136040909                                 Email:falahicharkhabi@ut.ac.ir

[1] Effector Triggered Immunity

 

[2] Chitin-binding proteins

[3] Sulfate transporter

[4] TALE-activated promoter traps

[5] In vitro

[6] Hydrophobic potential membrane spanning domains

[7] Super-promoter

[8] Site-directed nucleases

* Corresponding Author: Fallahi-Charkhabi N.       Tel: 02136040909                     Email: falahicharkhabi@ut.ac.ir

مراجع

 
Alizadeh A, Barrault G, Sarrafi A, Rahimian H, Albertini L (1995). Identification of bacterial leaf streak of cereals by their phenotypic characteristics and host range in Iran. European Journal of Plant Pathology 101: 225-229.
Alizadeh A, Rahimian H (1989). Bacterial leaf streak of Gramineae in Iran. Bulletin OEPP 19: 113-117.
Alizadeh A, Rahimian H (1990). Citrus canker in Kerman province. Iranian Journal of Plant Pathology 26, 42.
Antony G, Zhou J, Huang S, Li T, Liu B, White F, Yang B (2010). Rice xa13 recessive resistance to bacterial blight is defeated by induction of the disease susceptibility gene Os-11N3. The Plant Cell 22: 3864-3876.
Bai J, Choi S-H, Ponciano G, Leung H, Leach JE (2000). Xanthomonas oryzae pv oryzae avirulence genes contribute differently and specifically to pathogen aggressiveness. Molecular Plant-Microbe Interactions 13: 1322-1329.
Blanvillain‐Baufumé S, Reschke M, Solé M, Auguy F, Doucoure H, Szurek B Donaldo Meynard3 Portefaix M, Cunnac S, Guiderdoni E, Boch J, Koebnik R (2017). Targeted promoter editing for rice resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae reveals differential activities for SWEET14‐inducing TAL effectors. Plant Biotechnology Journal 15: 306–317.
Boch J, Bonas U (2010). Xanthomonas AvrBs3 family-type III effectors: discovery and function. Phytopathology 48(1) 419.
Boch J, Bonas U, Lahaye T (2014). TAL effectors—pathogen strategies and plant resistance engineering. New Phytolist 204: 823–832.
Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S, Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U (2009). Breaking the code of DNA binding specificity of TAL-type III effectors. Science 326: 1509–12.
Bogdanove AJ, Schornack S, Lahaye T (2010). TAL effectors: finding plant genes for disease and defense. Current opinion in plant biology 13: 394-401.
Bonas U, Conradsstrauch J, Balbo I (1993). Resistance in tomato to Xanthomonas campestris pv vesicatoria is determined by alleles of the pepperspecific avirulence gene avrBs3. Molecular Genetics and Genomics. 238: 261–269.
Bonas U, Stall RE, Staskawicz B (1989). Genetic and structural characterization of the avirulence gene avrBs3 from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. Molecular and General Genetics 218: 127-136.
Brunings AM, Gabriel DW (2003). Xanthomonas citri: breaking the surface. Molecular plant pathology 4: 141-157.
Büttner D, Bonas U (2002). Getting across—bacterial type III effector proteins on their way to the plant cell. EMBO Journal 21: 313-5322.
Canteros BI, Gochez AM, Moschini RC (2017). Management of Citrus Canker in Argentina, a Success Story. The Plant Pathology Journal.;33: 441-449..
Castiblanco LF, Gil J, Rojas A, Osorio D, Gutiérrez S, Muñoz‐Bodnar A, Perez-Quintero AL, Koebnik R, Szurek B, López C, Restrepo S, Verdier V, Bernal AJ (2013). TALE1 from Xanthomonas axonopodis pv manihotis acts as a transcriptional activator in plant cells and is important for pathogenicity in cassava plants. Molecular Plant Pathology 14: 84-95.
Cernadas RA, Doyle EL, Niño-Liu DO, Wilkins KE, Bancroft T, Wang L, Schmidt, CL, Caldo, R, Yang B, White FF, Nettleton D, Wise AP, Bogdanove AJ (2014). Code-assisted discovery of TAL effector targets in bacterial leaf streak of rice reveals contrast with bacterial blight and a novel susceptibility gene. PLoS Pathogens 10: e1003972.
Chan JW, Goodwin PH (1999). The molecular genetics of virulence of Xanthomonas campestris. Biotechnology advances 17: 489-508.
Chen LQ, Qu XQ, Hou BH, Sosso D, Osorio S, Fernie AR, Frommer WB (2012). Sucrose efflux mediated by SWEET proteins as a key step for phloem transport. Science 335: 207–211.
Chu Z, Yuan M, Yao J, Ge X, Yuan B, Xu C, Li X, Fu B, Li Z, Bennetzen JL, Zhang Q, Wang S (2006). Promoter mutations of an essential gene for pollen development result in disease resistance in rice. Genes and Development 20: 1250–1255.
Cohn M, Bart RS, Shybut M, Dahlbeck D, Gomez M, Morbitzer R, Hou BH, Frommer WB, Lahaye T, Staskawicz BJ (2014). Xanthomonas axonopodis virulence is promoted by a transcription activator-like effector-mediated induction of a SWEET sugar transporter in cassava. Molecular Plant-Microbe Interactions 27: 1186-1198.
Cox K, Meng F, Wilkins KE, Li F, Wang P, Booher NJ, Carpenter SCD, Chen LQ, Zheng H, Gao X, Zheng Y, Fei Z, Yu JZ, Isakeit T,Wheeler T, Frommer WB, He P, Bogdanove AJ, Shan L (2017). TAL effector driven induction of a SWEET gene confers susceptibility to bacterial blight of cotton. Nature Communications 24: 15588
de Lange O, Schreiber T, Schandry N, Radeck J, Braun KH, Koszinowski J, Heuer H, Strauß A, Lahaye T (2013). Breaking the DNA binding code of Ralstonia solanacearum TAL effectors provides new possibilities to generate plant resistance genes against bacterial wilt disease. New Phytologist 199: 773–786.
Dou D, Zhou JM (2012). Phytopathogen effectors subverting host immunity: different foes similar battleground. Cell Host and Microbe 12: 484–495.
Duan Y, Castaneda A, Zhao G, Erdos G, Gabriel D (1999). Expression of a single host-specific bacterial pathogenicity gene in plant cells elicits division enlargement and cell death. Molecular Plant-Microbe Interactions 12: 556-560.
Exposito-Rodriguez M, Borges AA, Borges-Perez A, Perez JA (2011). Gene structure and spatiotemporal expression profile of tomato genes encoding YUCCA-like flavin monooxygenases: The ToFZY gene family. Plant Physiology and Biochemistry 49: 782–791.
Falahi Charkhabi N Booher NJ Peng Z Wang L Rahimian H Shams-Bakhsh M Liu Z Liu S White FF Bogdanove AJ. 2017b. Complete Genome Sequencing and Targeted Mutagenesis Reveal Virulence Contributions of Tal2 and Tal4b of Xanthomonas translucens pv. undulosa ICMP11055 in Bacterial Leaf Streak of Wheat. Frontiers in Microbiology 8:1488.
Falahi Charkhabi N Booher NJ Peng Z Wang L Rahimian H Shams-Bakhsh M Liu Z Liu S White FF Bogdanove AJ (2017a). Complete Genome Sequencing and Targeted Mutagenesis Reveal Virulence Contributions of Tal2 and Tal4b of Xanthomonas translucens pv. undulosa ICMP11055 in Bacterial Leaf Streak of Wheat. Frontiers in Microbiology 8:1488.
Falahi Charkhabi N, Shams-bakhsh M, Rahimian H (2015). Reaction of Iranian Cereal Genotypes to Multiple Strains of Xanthomonas translucens pv. cerealis. Journal of agricultural science and technology 17: 241-248.
Ghosh P (2004). Process of protein transport by the type III secretion system. Microbiology and Molecular Biology Reviews 68: 771–795.
Gonzalez C, Szurek B, Manceau C, Mathieu T, Sere Y, Verdier V (2007). Molecular and pathotypic characterization of new Xanthomonas oryzae strains from West Africa. Molecular Plant Microbe Interaction 20 534–546.
Gu K, Tian D, Yang F, Wu L, Sreekala C, Wang D, Wang GL, Yin Z (2004). Highresolution genetic mapping of Xa27) a new bacterial blight resistance gene in rice Oryza sativa L. Theoretical and Applied Genetics 108: 800–807.
Gu K, Yang B, Tian D, Wu L, Wang D, Sreekala C, Yang F, Chu Z, Wang GL, White FF, Yin Z (2005). R gene expression induced by a type-III effector triggers disease resistance in rice. Nature 435(7045) 1122-1125.
Hopkins CM, White FF, Choi SH, Guo A, Leach JE (1992). Identification of a family of avirulence genes from Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Molecular Plant–Microbe Interaction 5: 451–59.
Hu Y, Zhang J, Jia H, Sosso D, Li T, Frommer WB, Yang B, White FF, Wang N, Jones JB (2014). Lateral organ boundaries 1 is a disease susceptibility gene for citrus bacterial canker disease. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 111: 521–529.
Huang B, Xu JY, Hou MS, Ali J, Mou TM (2012). Introgression of bacterial blight resistance genes Xa7 Xa21 Xa22 and Xa23 into hybrid rice restorer lines by molecular marker-assisted selection. Euphytica 187: 449–459.
Hummel AW, Doyle EL, Bogdanove AJ (2012). Addition of transcription activator-like effector binding sites to a pathogen strain-specific rice bacterial blight resistance gene makes it effective against additional strains and against bacterial leaf streak. New Phytologist 195: 883–893.
Hutin M, Sabot F, Ghesquiere A, Koebnik R, Szurek B (2015). A knowledge-based molecular screen uncovers a broad-spectrum OsSWEET14 resistance allele to bacterial blight from wild rice. Plant Journal 84: 694-703.
Iyer AS McCouch SR (2004). The rice bacterial blight resistance gene xa5 encodes a novel form of disease resistance. Molecular Plant–Microbe Interactions 17: 1348–1354.
Ji Z-Y, Xiong L, Zou L-F, Li Y-R, Ma W-X, Liu L, Zakria M, Ji G-H, Chen G-Y (2014). AvrXa7-Xa7 mediated defense in rice can be suppressed by transcriptional activator-like effectors TAL6 and TAL11a from Xanthomonas oryzae pv. oryzicola. Molecular Plant–Microbe Interactions 27: 983–995.
Jia H, Orbovic V, Jones JB Wang N (2016). Modification of the PthA4 effector binding elements in Type I CsLOB1 promoter using Cas9/sgRNA to produce transgenic Duncan grapefruit alleviating Xcc pthA4:dCsLOB1.3 infection. Plant Biotechnology Journal 14 1291–1301.
Jia H, Zhang Y, Orbović V, Xu J, White FF, Jones JB, Wang N (2017). Genome editing of the disease susceptibility gene CsLOB1 in citrus confers resistance to citrus canker. Plant Biotechnology Journal 15: 817–823.
Jones JD, Dangl JL (2006). The plant immune system. Nature 444: 323–329.
Kay S, Bonas U (2009). How Xanthomonas type III effectors manipulate the host plant. Current Opinion of Microbiology 12: 37–43.
Khodakaramian G, Rahimian H, Mohamadi M, Allameh A (1999). Phenotypic characteristics, host range and distribution of the strains of Xanthomonas axonopodis inducing citrus canker in southern Iran. Iranian Journal of Plant Pathology 35: 40–3.
Leyns F, De Cleene M, Swings J-G, De Ley J (1984). The host range of the genus Xanthomonas. Botanical Review 50: 308-356.
Li T, Liu B, Spalding MH, Weeks DP, Yang B (2012). High-efficiency TALEN-based gene editing produces disease-resistant rice. Nature biotechnology 30: 390-392.
Li Z, Zou L, Ye G, Xiong L, Ji Z, Zakria M, Hong N, Wang G, Chen G (2014). A potential disease susceptibility gene CsLOB of citrus is targeted by a major virulence effector PthA of Xanthomonas citri subsp citri. Molecular plant 7: 912-915.
Liu Q, Yuan M, Zhou YAN, Li X, Xiao J, Wang S (2011). A paralog of the MtN3/saliva family recessively confers race-specific resistance to Xanthomonas oryzae in rice. Plant, Cell and Environment 34: 1958–1969.
Luo Y, Sangha JS, Wang S, Li Z, Yang J, Yin Z (2012). Marker-assisted breeding of Xa4, Xa21 and Xa27 in the restorer lines of hybrid rice for broadspectrum and enhanced disease resistance to bacterial blight. Molecular Breeding 30: 1601–1610.
Luo Y, Yin Z (2013). Marker-assisted breeding of Thai fragrance rice for semi-dwarf phenotype, submergence tolerance and disease resistance to rice blast and bacterial blight. Molecular Breeding 32: 709–721.
Mak AN-S, Bradley P, Cernadas RA, Bogdanove AJ, and Stoddard BL (2012). The crystal structure of TAL effector PthXo1 bound to its DNA target Science 335(6069) 716-719.
Marois E, Van den Ackerveken G, Bonas U (2002). The Xanthomonas type III effector protein AvrBs3 modulates plant gene expression and induces cell hypertrophy in the susceptible host. Molecular Plant–Microbe Interaction 15: 637–46.
Mew TW (1987). Current status and future prospects of research on bacterial blight of rice. Annual Review of Phytopathology 25: 559–382.
Miller JC, Tan S, Qiao G, Barlow KA, Wang J, Xia DF, Meng X, Paschon DE, Leung E, Hinkley SJ, Dulay GP, Hua KL, Ankoudinova I, Cost GJ, Urnov FD, Zhang HS, Holmes MC, Zhang L, Gregory PD and Rebar EJ (2011). A TALE nuclease architecture for efficient genome editing. Nature Biotechnology 29: 143–8.
Mishra D, Vishnupriya MR, Anil MG, Konda K, Raj Y, Sonti RV (2013). Pathotype and genetic diversity amongst Indian isolates of Xanthomonas oryzae pv. oryzae. PLoS One 8: e81996.
Mohammadi M, Mirzaee MR, Rahimian H (2001). Physiological and biochemical characteristics of Iranian strains of Xanthomonas axonopodis pv. citri, the causal agent of citrus bacterial canker disease. Journal of Phytopathology 149, 65–75.
Morbitzer R, Romer P, Boch J, Lahaye T (2010). Regulation of selected genome loci using de novo-engineered transcription activator-like effector (TALE) -type transcription factors. Proceedings of the National Academy of Sciences 107: 21617–21622.
Moscou MJ, and Bogdanove AJ (2009). A simple cipher governs DNA recognition by TAL effectors. Science 326(5959) 1501-1501.
Parkinson N, Aritua V, Heeney J, Cowie C, Bew J, Stead D (2007). Phylogenetic analysis of Xanthomonas species by comparison of partial gyrase B gene sequences. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 57: 2881–2887.
Parkinson N, Cowie C, Heeney J, and Stead D (2009). Phylogenetic structure of Xanthomonas determined by comparison of gyrB sequences. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 59: 264-274.
Peng A, Chen S, Lei T, Xu L, He Y, Wu L, Yao L, Zou X (2017). Engineering canker‐resistant plants through CRISPR/Cas9‐targeted editing of the susceptibility gene CsLOB1 promoter in citrus. Plant Biotechnology Journal 15:1509–1519.
Perez LM, Redoña ED, Mendioro MS, Vera Cruz CM, Leung H (2008). Introgression of Xa4 Xa7 and Xa21 for resistance to bacterial blight in thermosensitive genetic male sterile rice (Oryza sativa L.) for the development of two-line hybrids. Euphytica 164: 627–636.
Podevin N Devos Y Davies HV Nielsen KM (2012). Transgenic or not? No simple answer! New biotechnology-based plant breeding techniques and the regulatory landscape. EMBO Reports 13: 1057–1061.

Poulin L, Grygiel P, Magne M, Gagnevin L, Rodriguez-R LM, Forero Serna N, Zhao S, El Rafii M, Dao S, Tekete C, Wonni I, Koita O, Pruvost O, Verdier V, Vernière C, Koebnik R (2015). New multilocus variable-number tandemrepeat analysis tool for surveillance and local epidemiology of bacterial leaf blight and bacterial leaf streak of rice caused by Xanthomonas oryzae. Applied and Environmental Microbiology 81 688–698.

Preston GM, Studholme DJ Caldelari I (2005). Profiling the secretomes of plant pathogenic Proteobacteria. FEMS Microbiology Review 29: 331–360.

Rezaei MK, Shams-bakhsh M, Alizadeh A (2011). Xanthomonas citri subsp. citri strains in Iran. Workshop on xanthomonas citri/Citrus canker, 17-18th November, Ribeirao Preto, Brazil.
Rezaei MK, Shams-bakhsh M, Alizadeh A (2012). Genetic diversity among Xanthomonas citri subsp. citri strain in Iran. Journal of Plant Protection Research, 52: 1-9.
Römer P, Hahn S, Jordan T, Strauß T, Bonas U, and Lahaye T (2007). Plant pathogen recognition mediated by promoter activation of the pepper Bs3 resistance gene. Science 318: 645-648.
Römer P, Recht S, and Lahaye T (2009). A single plant resistance gene promoter engineered to recognize multiple TAL effectors from disparate pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 20526-20531.
Romer P, Recht S, Lahaye T (2009a). A single plant resistance gene promoter engineered to recognize multiple TAL effectors from disparate pathogens. Proceedings of the National Academy of Sciences 106: 20526–20531.
Römer P, Recht S, Strauß T, Elsaesser J, Schornack S, Boch J, Wang S, Lahaye T (2010). Promoter elements of rice susceptibility genes are bound and activated by specific TAL effectors from the bacterial blight pathogen Xanthomonas oryzae pv oryzae. New Phytologist 187: 1048-1057.
Romer P, Strauss T, Hahn S, Scholze H, Morbitzer R, Grau J, Bonas U, Lahaye T (2009b). Recognition of AvrBs3-like proteins is mediated by specific binding to promoters of matching pepper Bs3 alleles. Plant Physiology 150: 1697–1712.
Schornack S Meyer A Romer P Jordan T Lahaye T (2006). Gene-for-gene mediated recognition of nuclear-targeted AvrBs3-like bacterial effector proteins. Journal of Plant Physiology. 163:256-272.
Schornack S, Ballvora A, Gurlebeck D, Peart J, Baulcombe D, Ganal M, Baker B, Bonas U, Lahaye T (2004). The tomato resistance protein Bs4 is a predicted non-nuclear TIR-NB-LRR protein that mediates defense responses to severely truncated derivatives of AvrBs4 and overexpressed AvrBs3. Plant Journal 37: 46-60.
Schornack S, Minsavage GV, Stall RE, Jones JB, and Lahaye T (2008). Characterization of AvrHah1 a novel AvrBs3‐like effector from Xanthomonas gardneri with virulence and avirulence activity. New Phytologist 179: 546-556.
Schornack S, Moscou MJ, Ward ER, Horvath DM (2013). Engineering plant disease resistance based on TAL effectors. Annual review of phytopathology 51:383-406.
Schornack S, Peter K, Bonas U, Lahaye T (2005). Expression levels of avrBs3-like genes affect recognition specificity in tomato Bs4 but not in pepper Bs3 mediated perception. Molecular Plant-Microbe Interaction 18: 1215–1225.
Schwartz AR, Morbitzer R, Lahaye T, Staskawicz BJ (2017). TALE-induced bHLH transcription factors that activate a pectate lyase contribute to water soaking in bacterial spot of tomato. Proc Natl Acad Sci U S A 114: E897-E903.
Strauß T, van Poecke RM, Strauß A, Römer P, Minsavage GV, Singh S, Wolf C, Strauß A, Kim S, Lee HA, Yeom SI, Parniske M, Stall RE, Jones JB, Choi D, Prins M, Lahaye T (2012). RNA-seq pinpoints a Xanthomonas TAL-effector activated resistance gene in a large crop genome. Proceedings of the National Academy of Sciences 109: 19480–19485.
Streubel J, Blucher C, Landgraf A, Boch J (2012). TAL effector RVD specificities and efficiencies. Nature Biotechnology 30: 593–595.
Streubel J, Pesce C, Hutin M, Koebnik R, Boch J, Szurek B (2013). Five phylogenetically close rice SWEET genes confer TAL effector-mediated susceptibility to Xanthomonas oryzae pv oryzae. New Phytologist 200: 808-819.
Swarup S, De Feyter R, Brlansky R, Gabriel D (1991). A pathogenicity locus from Xanthomonas citri enables strains from several pathovars of X campestris to elicit cankerlike lesions on citrus. Phytopathology 81: 802-809.
Szurek B, Marois E, Bonas U, Van den Ackerveken G (2001). Eukaryotic features of the Xanthomonas type III effector AvrBs3: protein domains involved in transcriptional activation and the interaction with nuclear import receptors from pepper. Plant Journal 26: 523–34.
Szurek B, Rossier O, Hause G, Bonas U (2002). Type III–dependent translocation of the Xanthomonas AvrBs3 protein into the plant cell. Molecular Microbiology 46: 13–23.
Tian D, Wang J, Zeng X, Gu K, Qiu C, Yang X, , Zhou Z, Goh M, Luo Y, Murata-Hori M, White FF, Yin Z (2014). The rice TAL effector–dependent resistance protein XA10 triggers cell death and calcium depletion in the endoplasmic reticulum. Plant Cell 26: 497-515.
Van den Ackerveken G, Marois E, Bonas U. 1996. Recognition of the bacterial avirulence protein AvrBs3 occurs inside the host plant cell. Cell 87: 1307–16.
Van der Hoorn RAL, Kamoun S (2008). From guard to decoy: a new model for perception of plant pathogen effectors. Plant Cell 20: 2009–2017.
van Doorn J, Boonekamp PM, Oudega B (1994). Partial characterization of fimbriae of Xanthomonas campestris pv. hyacinthi. Molecular Plant-Microbe Interaction 7: 334–344.
Vera-Cruz CMV, Bai JF, Ona I, Leung H, Nelson RJ, Mew TW, Leach JE (2000). Predicting durability of a disease resistance gene based on an assessment of the fitness loss and epidemiological consequences of avirulence gene mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America97 13500–13505.
Verdier V, Triplett LR, Hummel AW, Corral R, Cernadas RA, Schmidt CL, Bogdanove AJ, Leach JE (2012). Transcription activator-like (TAL) effectors targeting OsSWEET genes enhance virulence on diverse rice (Oryza sativa) varieties when expressed individually in a TAL effector-deficient strain of Xanthomonas oryzae. New Phytologist 196: 1197-1207.
Waltz E (2012). Tiptoeing around transgenics. Nature Biotechnology 30: 215–217.
Wang C, Zhang X, Fan Y, Gao Y, Zhu Q, Zheng C, Qin T, Li Y, Che J, Zhang M, Yang B, Liu Y, Zhao K (2015). XA23 is an executor R protein and confers broad-spectrum disease resistance in rice. Molecular Plant 8: 290-302.
Wang Y, Cheng X, Shan Q, Zhang Y, Liu J, Gao C, Qiu JL (2014). Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology 32: 947-951.
White FF, Potnis N, Jones JB, and Koebnik R (2009). The type III effectors of Xanthomonas. Molecular plant pathology 10: 749-766.
White FF, Yang B, Johnson LB (2000). Prospects for understanding avirulence gene function. Current Opinion in Plant Biology 3: 291–298.

Xu Q, Chen L, Ruan X, Chen D, Zhu A, Chen C, Bertrand D, Jiao W, Hao B, Lyon MP, Chen J, Gao S, Xing F, Lan H, Chang J, Ge X, Lei Y, Hu Q, Miao Y, Wang L, Xiao S, Biswas MK, Zeng W, Guo F, Cao H, Yang X, Xu X, Cheng Y, Xu J , Liu J, Luo OJ, Tang Z, Guo W, Kuang H, Zhang H, Roose ML, Nagarajan N, Deng X, Ruan Y (2013). The draft genome of sweet orange (Citrus sinensis) Nature Genetics 45 59–66.

Yang B, Sugio A, White FF (2006). Os8N3 is a host disease-susceptibility gene for bacterial blight of rice. Proceedings of the National Academy of Sciences 103: 10503–10508.
Yang B, White FF (2004). Diverse members of the AvrBs3/PthA family of type III effectors are major virulence determinants in bacterial blight disease of rice. Molecular Plant-Microbe Interactions 17: 1192-1200.
Yang Y, Gabriel DW (1995). Xanthomonas avirulence/pathogenicity gene family encodes functional plant nuclear targeting signals. Molecular Plant–Microbe Interaction 8: 627–31.
Yang Y, Yuan Q, Gabriel D (1996). Watersoaking function (s) of XcmH1005 are redundantly encoded by members of the Xanthomonas avr/pth gene family. Molecular Plant–Microbe Interaction 9: 105-113.
Yu Y, Streubel J, Balzergue S, Champion A, Boch J, Koebnik R, Feng J, Verdier V, Szurek B (2011). Colonization of rice leaf blades by an African strain of Xanthomonas oryzae pv oryzae depends on a new TAL effector that induces the rice nodulin-3 Os11N3 gene. Molecular Plant-Microbe Interactions 24: 1102-1113
Yuan M, Chu Z, Li X, Xu C, Wang S (2009). Pathogen-induced expressional loss of function is the key factor in race-specific bacterial resistance conferred by a recessive R gene xa13 in rice. Plant Cell Physiology 50: 947–955.
Yuan M, Wang S (2013). Rice MtN3/saliva/SWEET family genes and their homologs in cellular organisms. Molecular Plant 6: 665–674.
Zhang J, Yin Z, White F (2015). TAL effectors and the executor R genes. Frontiers in Plant Science 6: 641.
Zhao Y (2014). Auxin biosynthesis. Arabidopsis Book 12: e0173–e0173.
Zhu W, Yang B, Chittoor JM, Johnson LB, White FF (1998). AvrXa10 contains an acidic transcriptional activation domain in the functionally conserved C terminus. Molecular Plant–Microbe Interaction 11: 824–32.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 31
دوره 10 شماره 3
دی 1397
صفحه 87-110

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار