Autophagy regulates programmed cell death during the plant innate immune response

Speaker:李秀儀                             Time: PM 2:00~3:00; 03/08/2006

Commentator:林以行 老師                    Room: 601

中文摘要︰

植物本身會受到不同病原菌的攻擊，例如細菌、黴菌、病毒以及線蟲。因此植物為了預防這些病原菌的攻擊，會產生一些防禦機制其中一種 innate immune 的防禦機制就是hypersensitive response (HR) cell death，屬於一種programmed cell death。而且這種programmed cell death類似於動物細胞中的apoptotic cell death，會有chromatin condensation 以及DNA fragmentation 只不過動物細胞會斷成200 bp 植物細胞會切成50-kb。Hypersensitive response (HR) cell death 的發生是透過植物本身帶有一種 resistance (R) protein，類似於動物細胞中的 Toll-like receptor，可以辨識病毒所攜帶的 avirulence (Avr) protein 引起Hypersensitive response (HR) cell death 造成局部感染病毒的植物細胞 cell death，避免病毒擴散到周圍組織。本篇作者利用已經帶有 N protein (屬於一種resistance protein) 的 Nicotiana benthamiana (菸草種類的一種) 簡稱 NN plant 作為實驗的 model，因為 N protein 可以辨識 tobacco mosaic virus (菸草鑲嵌病毒) 中 50kDa helicase domain (屬於一種 avirulence protein)。除此之外，作者利用virus-induced gene silencing (VIGS) 技術找尋可能參與在 N signal 中的分子。

VIGS是一種 post-transcription gene silencing (PTGS) 也是Sequence specific degradation of endogenous mRNAs 的一種。作者將1500 cDNA分別送入病毒載體再藉由農桿菌感染Nicotiana benthamiana plant，由於植物受到病毒感染會產生防禦機制去抑制這些病毒的擴散，進而抑制了自己本身這些基因的表現，透過這種技術，作者發現當 colne92 的基因被抑制時比較容易受到病毒的感染，造成整株植株的死亡。進一步分析 colne92 的基因發現它Arabidopsis BECLIN 1 (AtBECLIN 1)、yeast Atg6/Vps30 (ScAtg6/Vps30)以及human Beclin 1 (HsBeclin 1) 具有相當程度的相似性。

而這些基因都是跟autophagy相關的基因，因此作者推測植物的 Hypersensitive response (HR) 可能和 autophagy 有關。首先，證實植物的 NbBECLIN1 的確是 autophagy 相關的基因並且會影響植物的老化作用。接著利用 TMV-GFP 感染 BECLIN 1-silenced plants 以及正常的NN plant，發現正常的NN plant 可以產生 HR 但是BECLIN 1-silenced plants 不行，而且在感染的區域病毒的量會比較多，更有趣的是在BECLIN 1-silenced plants 未被感染的區域也會產生 Hypersensitive response。

指出BECLIN 1可以使 TMV 感染引起的 cell death 只發生在有感染的區域。並且在正常NN plant 造成的cell death 觀察到有autolysosomes形成，但BECLIN 1-

silenced plants 中則沒有。作者認為 N-mediated defense response (HR) 發生的過程中也會引起 autophagy。此外，autophagy 相關的基因 calss III phosphoinisitide 3 kinase (PI3K)/VPS34, ATG3, and ATG7 缺失時也可以引起類似BECLIN 1-silenced 的反應。綜合所有的結果作者認為 autophagy 在植物的innate immunity 以及 HR PCD的調節扮演重要角色。

References

1. Lam, E. et al. (2004). Controlled cell death, plant survival and development. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 5, 305-315.

2. Liu, Y. et al. (2005). Autophagy regulates programmed cell death during the plant innate immune responses. Cell 121, 567-577.