Границы | Бактериальный паразит-эффектор опосредует привлечение насекомых-переносчиков на растениях-хозяевах независимо от изменений в развитии | Наука о растениях

1. Вступление Индуцированные паразитом изменения в организме хозяина, включая изменения в развитии и...
2. Поколение растений для анализа выбора листьев
3. Выборы насекомых
4. Анализ насекомых без выбора
5. Анализы на выбор одного насекомого
6. Статистический анализ
7. Результаты
8. обсуждение
9. Вклад автора
10. финансирование
11. Заявление о конфликте интересов
12. Подтверждения
13. Дополнительный материал

Вступление

Индуцированные паразитом изменения в организме хозяина, включая изменения в развитии и поведении хозяина, рассматриваются как расширенные фенотипы генов паразита ( Докинз, 1982 ). Гены паразита модулируют фенотип хозяина в направлении, которое поможет распространению и распространению паразита, но может оказаться вредным для хозяина ( Докинз, 1982 , 1990 ). В некоторых случаях, перепрограммирование хозяина паразитом может привести к экстремальным изменениям в развитии и поведении хозяина. Например, считается, что серьезные пороки развития конечностей лягушек у трематод рода Ribeiroia усиливают хищничество у птиц с нарушениями локомоции, которые необходимы для распространения трематод в окружающей среде ( Джонсон и др., 2004 ). Кроме того, грызуны, инфицированные Toxoplasma gondii, изменяют свое поведение, увеличивая вероятность хищничества у кошек, которые являются определяющими хозяевами для T. gondii ( Бердой и др., 2000 ). Однако механизмы, вовлеченные в опосредованные паразитами изменения фенотипов хозяина, в основном неизвестны, что ограничивает нашу способность исследовать, являются ли модуляции адаптивными ( Пулин, 1995 , 2013 ). До настоящего времени было идентифицировано только несколько генов паразитов, которые управляют драматическими изменениями в фенотипе и поведении хозяина ( Гувер и др., 2011 ; Маклин и др., 2011 , 2014 ; Sugio et al., 2011a , 2014 ).

Часто неясно, являются ли драматические изменения в фенотипе хозяина адаптивными или побочными эффектами ( Докинз, 1990 , 2004 ; Пулин, 1995 , 2013 ). Гены паразита взаимодействуют друг с другом и взаимодействуют с генами хозяина, вызывая вариации в расширенном фенотипе в зависимости от комбинации генотипа паразита / хозяина ( Докинз, 1990 ). Кроме того, гены паразита могут мешать множеству факторов хозяина, некоторые из которых выполняют несколько функций, вызывая, таким образом, фенотипические побочные эффекты ( Cezilly et al., 2013 ). Например, гены, участвующие в иммунных реакциях растений или животных, также могут играть роль в развитии и поведении; Toll-подобные рецепторы у Drosophila контролируют развитие оси тела и защитные реакции на патогенные грибы и бактерии ( Леметр и др., 1996 ; Артеро и др., 2003 ). Точно так же у растений TEOSINTE BRANCHED1, CYCLOIDEA, ФАКТОРЫ ПРОЛИФЕРАЦИИ КЛЕТОК 1 и 2 (TCP) и MADS-box транскрипционные факторы (MTF) регулируют основные аспекты роста растений и развития органов, но также регулируют, например, синтез и передачу сигналов вниз по течению растительные гормоны жасмоновой кислоты (JA; Шоммер и др., 2008 ; Имминк и др., 2012 ) и салициловая кислота (SA; Ван и др., 2015 ) которые играют роль в защите растений.

Фитоплазмы - это ограниченные по флоэме паразитические бактерии, которые вызывают драматические изменения в развитии растений-хозяев, включая пролиферацию стеблей (метла ведьмы), превращение цветов в листообразные структуры (филлодия), задержку роста и пожелтение ( Бертаччини, 2007 ). Фитоплазмы зависят от переносчиков сока, питающихся гемиптерановыми насекомыми, для передачи ( Вайнтрауб и Бинленд, 2006 ). Для фитоплазмы (WYT) Broom (AY-WB) штамма Aster Yellows (' Candidatus ' Phytoplasma asteris) было обнаружено, что инфицированные растения более привлекательны для популяции листового астра Macrosteles quadrilineatus , который является наиболее важным вектором насекомых AY-WB ( Мороз и др., 2011 , 2013 ; Sugio et al., 2011a , б ). Два вирулентных белка AY-WB (эффекторы) SAP11 и SAP54 модулируют развитие Arabidopsis thaliana и способствуют привлечению и размножению векторов насекомых на фитоплазменных растениях A. thaliana ( Маклин и др., 2011 , 2014 ; Sugio et al., 2011a , б ). Эффектор SAP54 индуцирует образование зеленых и неопределенных листообразных цветов, которые напоминают симптомы филлодии ( Маклин и др., 2011 ). SAP54 действует путем деградации определенных MTF через протеасому 26S, требуя взаимодействия SAP54 с челночным фактором 26S протеасомы RAD23 ( Маклин и др., 2014 ). Симптомы филлодии наблюдались в широком спектре зараженных фитоплазмой сельскохозяйственных культур и видов и генов диких растений, которые имеют сходство последовательностей с AY-WB SAP54 обнаружены в различных фитоплазмах, индуцирующих филлодию, во всем мире, что позволяет предположить, что эффекторы SAP54 могут вносить важный вклад в приспособление фитоплазмы ( Маклин и др., 2011 ; Маэджима и др., 2014 ).

Листоголовки питаются и откладывают яйца в основном на зеленой растительности, которая более распространена в листообразных цветах, чем в обычных цветах ( Маклин и др., 2011 ). Более того, A. thaliana RAD23 требуется для опосредованного SAP54 развития листообразных цветов, а также для предпочтения листохвоста ( Маклин и др., 2014 ). Таким образом, мы предположили, что формирование листообразных цветов является индуцированным фитоплазмой расширенным фенотипом для привлечения векторов листочков. Удивительно, но мы обнаружили, что листообразные цветы не играют роли в предпочтении вектора насекомого. Мы утверждаем, что индуцированные паразитом фенотипы хозяев не всегда являются адаптивными, даже если изменения в развитии, вызванные паразитарными инфекциями, очевидны (листообразные цветы), и есть свидетельства механистической связи (зависимость от RAD23) между изменением развития хозяин (листообразные цветы) и факторы, которые непосредственно влияют на приспособленность паразита (привлечение насекомых-переносчиков, распространяющих фитоплазмы).

Материалы и методы

Разведение насекомых

Не содержащие фитоплазму колонии Macrosteles quadrilineatus Forbes (Hemiptera: Cicadellidae) содержали на безпатогенных растениях овса ( Avena sativa ) в аэрированной прозрачной пластиковой клетке размером 50x50x50 см при 22 ° C, длительный дневной фотопериод (16/8 ч / темнота) , Влажность 48%. Инфицированные фитоплазмой колонии выращивали на AY-WB-инфицированной китайской астре ( Callistephus chinensis ) и салате ( Lactuca sativa ) в тех же условиях, что и здоровые колонии насекомых.

Поколение растений для анализа выбора листьев

Генерацию трансгенных линий арабидопсиса 35S: GFP-SAP54 и 35S: GFP осуществляли в соответствии со способами, описанными в ( Маклин и др., 2011 ). A. thaliana ap1 и мутант lfy были получены из NASC (ID: N6232, аллель ap1-12 ; ID: N6228, аллель lfy-1 ). Линии 35S: SVP любезно предоставлены Мартином Катером и описаны в Грегис и соавт. (2013) , Мутантные линии rad23 были предоставлены Ричардом Виерстра и описаны в Виерстра (2009) ,

Нецветущие растения для экспериментов по выбору насекомых высевали на компостную почву F2 без инсектицидов (Левингтон, Великобритания) и выращивали при 22 ° C, фотопериоде короткого дня (10/14 ч свет / темнота) в течение 8 недель. В контракте цветущие растения выращивали при 22 ° С, длительный фотопериод (16/8 ч свет / темнота) в течение 6 недель. Через одну неделю после прорастания трансгенные линии 35S: GFP-SAP54 и 35S: GFP опрыскивали дважды (с интервалом в одну неделю) гербицидом Harvest® (13,52% мас. / Об. Глюфосинат-аммоний) в соответствии с рекомендациями производителей (Bayer, Cambridge, UK). Четырехнедельные растения пересаживали в пластиковые горшки размером 10 × 10 × 10 см ( В × Ш × Г ). В экспериментах с предварительно срезанными цветами цветочные ножки удаляли металлическими ножницами за 4 дня до добавления насекомых.

Для создания зараженных растений (рисунок 1 ), трехнедельные растения были заражены Са . Штамм фитоплазмы звездочки AY-WB путем добавления пяти взрослых особей M. quadrilineatus, несущих AY-WB, к каждому растению в прозрачной пробирке из плексигласа (10 см в высоту, диаметр 4 см) в течение 5 дней. Через две недели после удаления взрослых насекомых три листа розеток собирали для экстракции геномной ДНК для подтверждения фитоплазматической инфекции с использованием специфических для AY-WB праймеров BF 5'AGGATGGAACCCTTCAATGTC 3 'и BR 5' GGAAGTCGCCTACAAAAATCC 3 '( Маклин и др., 2014 ).

РИСУНОК 1. Лифопперы предпочитают ткани растительных растений цветам и имеют сходное распределение на листообразных и диких цветах. (A) Макростеллы Quadrilineatus лисохвосты были сфотографированы, когда они проживали и питались всеми частями зараженных растений Arabidopsis thaliana rad23BD и rad23BCD , включая листья и черешки розеток , стебли, листья каулина и цветы. Насекомые были найдены на коврах, чашелистиках, лепестках и цветоножках цветов A. thaliana дикого типа, а также листообразных цветов. Белые шкалы на каждой картинке 1 см. (B) Количество насекомых, обнаруженных на розетках или цветочной ткани, представлено в процентах от общего числа насекомых на растениях дикого типа и растениях с листоподобным цветочным фенотипом. Столбцы представляют стандартную ошибку среднего значения 8 независимых повторяющихся клеток. M. quadrilineatus обладает значительным преимущественным местом жительства для листьев розетки по сравнению с другими цветочными структурами как на зараженных AY-WB мутантных растениях rad23BCD с листоподобными (L) цветками, так и на зараженных AY-WB мутантных растениях rad23BD с цветами дикого типа (GLM со временем как ковариат; F 1137 = 1797,78; P ≤ 0,001). Во время пятидневного эксперимента по выбору кузнечика нет различий между местом обитания насекомых на диком типе и листообразных цветах (GLM со временем как ковариат; F 1,67 = 0,19; P = 0,666).

Выборы насекомых

Все эксперименты по выбору насекомых (рисунки 1 - 3 а также 5 ) были выполнены в прозрачных поликарбонатных клетках 62 см × 30 см × 41 см ( В × Ш × Г ). Противоположные стороны клетки были снабжены белой нейлоновой сеткой, прикрепленной магнитными полосками к каркасу клетки для вентиляции и доступа. Трансгенные растения GFP-SAP54 и GFP были размещены случайным образом по диагонали друг против друга в углах клетки. Десять самцов и десять самок взрослых особей M. quadrilineatus , которые не несут фитоплазму AY-WB, были выпущены из прозрачной трубки из плексигласа (высота 9 см, диаметр 3 см) в центре клетки на одинаковом расстоянии от каждого испытуемого растения. Взрослых насекомых удаляли через 5 дней после добавления в клетку. Растения удаляли из выбранной клетки и содержали по отдельности в прозрачных перфорированных пластиковых пакетах при 22 ° С, длительный дневной фотопериод (16/8-ч свет / темнота). Нимфы подсчитывали на каждом тестируемом растении через 14 дней после удаления взрослых клеток из клеток. Данные выражали в виде доли от общего числа нимф, обнаруженных на испытуемых растениях в каждой клетке выбора. Аналогичные эксперименты были проведены с зараженными фитоплазмой и здоровыми растениями или растениями-мутантами дикого типа и MTF.

РИСУНОК 2. Листовая астра M. quadrilineatus демонстрирует большее предпочтение к местожительству растений, экспрессирующих SAP54, с листоподобными цветами. Больше насекомых было обнаружено на растениях SAP54 в течение всего 5-дневного периода выбора (GLM со временем как ковариат; F 1,57 = 22,14; P ≤ 0,001). Масштабная линейка изображения составляет 1 мм. Столбцы на графике являются одной стандартной ошибкой среднего значения.

РИСУНОК 3. Цветы и переход от цветочной к вегетативной фазе не требуются для опосредованного SAP54 усиления колонизации насекомых. (A) M. quadrilineatus производит больше нимф у трансгенных растений A. thaliana (Col-0) 35S: GFP-SAP54 с листоподобными цветами, чем у контрольных растений 35S: GFP (Col-0) с цветами дикого типа. (B) Удаление цветов и цветочных стеблей не влияет на предпочтение колонизации M. quadrilineatus 35S: GFP-SAP54 трансгенной A. thaliana (Col-0). (C) Leafhoppers также предпочитают GFP-SAP54 трансгенные растения до перехода от вегетативного к цветочному росту. (D) M. quadrilineatus откладывает больше яиц на листьях одной розетки трансгенных растений GFP-SAP54. Показанные столбцы являются одной стандартной ошибкой среднего значения. Каждый эксперимент был воспроизведен в шести независимых клетках выбора. Значительная разница в репродуктивных предпочтениях личинки указывается следующим образом: ∗∗∗ p ≤ 0,001; ∗∗ p ≤ 0,025 (парный t- тест). Все эксперименты были повторены три раза с аналогичными результатами (дополнительная фигура S1A).

Анализ насекомых без выбора

Для эксперимента без выбора (рисунок 4 ) пять женских и пять неинфицированных взрослых особей M. quadrilineatus были добавлены к отдельным растениям, окруженным прозрачной пластиковой клеткой. Растения выращивали и потомство насекомых измеряли, как в экспериментах по выбору.

РИСУНОК 4. Листогубцы Macrosteles quadrilineatus давали сходные числа нимф при ограничении на растения 35S: GFP-SAP54 или 35S: GFP (тесты без выбора). Листогубцы высвобождались на целых растениях, которые помещались в пластиковую пробирку, как показано слева и справа (столбики шкалы изображения 5 см). Средние графики показывают среднее число нимф листопрот, полученных в этих клетках в трех независимых экспериментах (парный t- тест; n = 6; p = 0,773). Показанные столбцы являются одной стандартной ошибкой среднего значения.

Анализы на выбор одного насекомого

Для эксперимента на рисунке 3D одиночные листья розетки, которые оставались прикрепленными к трансгенным растениям GFP и GFP-SAP54, помещали друг напротив друга в прозрачную пластиковую клетку размером 2 см × 8 см × 12 см ( В × Ш × Г ) с отверстиями из нейлоновой сетки (4 см). диам.) для обеспечения циркуляции воздуха. Пять самцов и пять самок взрослых особей M. quadrilineatus (которые не несут AY-WB) были помещены в клетку и обеспечили свободный доступ к обоим листьям. Яйца иссекали и считали под стереомикроскопией (15 ×) через 5 дней после первого дня воздействия насекомых.

Статистический анализ

Статистический анализ был выполнен в Minitab16. Данные о яйцекладке насекомых анализировали с использованием парного t- критерия, двустороннего t- критерия или GLM. Допущения статистических тестов - нормальное распределение и равная дисперсия - были проверены с помощью тестов Андерсона-Дарлинга и Левена, соответственно.

Результаты

Астра листохолед M. quadrilineatus является наиболее важным вектором насекомых филлоди-индуцирующего Ca. Штамм фитоплазменной звездочки AY-WB ( Мороз и др., 2011 , 2013 ). Этот лисохвост способствует заселению растений листоподобными цветами ( фитоплазма -инфицированные растения-мутанты rad23bd и трансгенные растения GFP-SAP54) по сравнению с растениями с цветами дикого типа ( фитоплазма -инфицированные растения- мутанты rad23bcd и трансгенные растения GFP; Маклин и др., 2014 ). Эти результаты побудили нас к дальнейшему изучению, привлекаются ли насекомые листоподобными цветами или отталкиваются цветами дикого типа зараженных фитоплазмой растений rad23bd / rad23bcd . Интересно, что листохвосты жили и, по-видимому, одинаково хорошо питались дикими типами и листоподобными цветочными структурами 1A ), предполагая, что насекомые не предпочитают листообразные цветы диким типам. Кроме того, мы заметили, что большинство лисохвостов предпочитали проживать на листьях розетки, а не на цветочных стеблях или цветках (рис. 1В ), предполагая, что цветы могут не потребоваться для привлечения листового кузнечика. Тем не менее, мы обнаружили, что насекомые проводили больше времени на трансгенных растениях GFP-SAP54 с листоподобными цветами по сравнению с трансгенными растениями GFP с цветами дикого типа (рис. 2 ), и эти насекомые произвели больше потомства на трансгенные растения GFP-SAP54 с листоподобными цветами (рис. 3A ; Дополнительный рисунок S1A). Однако, когда насекомым не был предоставлен выбор между растениями-хозяевами, путем прикрепления к листьям растений трансгенных растений GFP-SAP54 с листоподобными цветами или контрольных трансгенных растений GFP с цветами дикого типа никакого увеличения продукции нимфы не наблюдалось (рис. 4 ). Таким образом, наблюдаемое предпочтение листохвоста является результатом преимущественной ориентации на растения с листоподобными цветами, а не увеличением репродуктивной эффективности листохвостов на этих растениях.

Чтобы проанализировать влияние листоподобных цветов на предпочтение листохвоста, мы удалили как листоподобные, так и дикого типа из растений в экспериментах по выбору насекомых и обнаружили, что листогубцы затем также предпочли растения GFP-SAP54 (рис. 3B ; Дополнительный рисунок S1A), предполагающий, что присутствие листоподобных цветов не требуется для предпочтения листовой воронки растений GFP-SAP54. Растения A. thaliana, используемые до настоящего времени в тестах на выбор насекомых, выращивались в течение долгих дней, чтобы вызвать побег и цветение. Затем мы провели выборочные тесты на растениях A. thaliana, выращенных в короткие дни, которые не цвели. Опять же, M. quadrilineatus произвел больше нимф на GFP-SAP54 по сравнению с растениями GFP (контроль) (рисунок 3C ; Дополнительная фигура S1A), предполагающая, что предпочтение насекомых растениям GFP-SAP54 не включает физиологические и развивающие преобразования во время цветочного перехода. Чтобы подтвердить этот вывод, листохвостам также был предоставлен выбор между отдельными листьями растений GFP-SAP54 и GFP. Мы обнаружили, что кузнечики предпочитают откладывать яйца на отдельные листья растений GFP-SAP54 (рис. 3D ; Дополнительный рисунок S1A), показывающий, что листохвосты притягиваются исключительно к листьям растений GFP-SAP54. Взятые вместе, эти данные демонстрируют, что листоподобные цветы не требуются для селекции растений-хозяев по вектору листохранилища, и что SAP54 модулирует процессы в листьях, чтобы способствовать привлечению листокопов.

Вышеуказанные эксперименты свидетельствуют о том, что листообразные цветы не требуются для предпочтения вектора насекомого. Тем не менее, эти цветы могут способствовать предпочтению насекомых. Чтобы проверить это, мы провели выборочные эксперименты с линиями A. thaliana, демонстрирующими листообразные цветы, включая мутантные линии MTF ap1 ( Мандель и др., 1992 ) и lfy ( Weigel et al., 1992 ) и трансгенной линии 35S: SVP ( Грегис и др., 2013 ). Все эти линии дают цветы, которые имеют сходные с листом структуры, напоминающие таковые у трансгенных растений, зараженных фитоплазмой и GFP-SAP54 ( Маклин и др., 2011 ). Мы обнаружили, что листогубцы производят одинаковое количество потомства на обоих растениях, что указывает на отсутствие предпочтения колонизации для растений с листоподобными цветочными фенотипами (рис. 5 ; Дополнительный рисунок S1B), который согласуется с нашим наблюдением, что лисохвосты делают выбор, основываясь только на наличии листьев розетки (рисунок 3D ). Таким образом, листоподобные цветки не требуются для предпочтения листохвоста растений GFF-SAP54.

РИСУНОК 5. Астер-листохвост M. quadrilineatus имеет сходное предпочтение яйцекладки для растений с нормальным и листообразным цветочным фенотипом, которые не экспрессируют SAP54 . М. quadrilineatus не проявлял предпочтения колонизации Col-0 дикого типа по сравнению с Col-0 apetala1 ( ap1 -12; p = 0,835), Col-0 по сравнению с Col-0 лиственными ( lfy -1; p = 0,985) и Col-0 против 35S: SVP (Col-0; p = 0,960). Выборочные эксперименты проводились с целыми растениями, сохраняющими как вегетативные, так и цветочные органы. Данные представлены в виде процентного содержания нимф M. quadrilineatus, обнаруженных на каждом испытуемом растении, в расчете на общее количество нимф в пределах одной клетки выбора (столбцы - стандартная ошибка среднего значения). Данные были проанализированы с помощью парных t- тестов. Все эксперименты были повторены три раза с аналогичными результатами (дополнительная фигура S1B). Масштабная линейка изображения составляет примерно 1 мм.

обсуждение

До настоящего времени прямой анализ адаптивной значимости расширенных фенотипов паразитов был ограничен, поскольку многие паразиты (такие как фитоплазма) не поддаются генетическим манипуляциям, а генетические факторы паразитов, которые вызывают драматические изменения хозяина, часто неизвестны. Учитывая, что листогубцы питаются и откладывают яйца в основном на вегетативных тканях, включая стебли и листья, и что белок-протеасома 26S растения RAD23 необходим как для индукции листообразных цветов, так и для привлечения насекомых-переносчиков ( Вайнтрауб и Бинленд, 2006 ; Маклин и др., 2014 ), мы выдвинули гипотезу о том, что листогубцы могут быть привлечены к листоподобным цветкам зараженных фитоплазмой и трансгенных растений SAP54. Тем не менее, это исследование показало, что листообразные цветы не требуются и не участвуют в привлечении переносчиков насекомых фитоплазмы. Более того, листохвосты предпочитали растения вегетативным тканям над репродуктивными органами. Таким образом, листоподобные цветы не способствуют колонизации листочков, хотя эти два фенотипа генетически связаны посредством взаимодействия SAP54 с протеасомным белком-грузом 26S RAD23 ( Маклин и др., 2014 ) (Рисунок 6 ).

РИСУНОК 6. Эффектор фитоплазмы SAP54 опосредует влечение насекомых-переносчиков к растениям-хозяевам независимо от наличия листообразных цветов. Белок вирулентности фитоплазмы (эффектор) SAP54 взаимодействует со специфическими факторами транскрипции MADS-box (MTFs) и разлагает их через протеасому 26S, приводя к развитию листообразных цветов, которые напоминают таковые у зараженных фитоплазмой растений ( Маклин и др., 2011 , 2014 ). Опосредованная SAP54 деградация MTF зависит от взаимодействия SAP54 с 26S протеасомным челночным фактором RAD23 ( Маклин и др., 2014 ). Лифопперы предпочитают откладывать яйца на трансгенных линиях SAP54 и фитоплазматических растениях, и это предпочтение также зависит от RAD23 ( Маклин и др., 2014 ). Тем не менее, листообразные цветы не требуются для предпочтения яйцекладки. Вопрос о том, регулируют ли MTF, разлагаемые SAP54, другие клеточные процессы, такие как защитные реакции растений на насекомых-вредителей, еще предстоит выяснить.

Phyllody-вызывающий ' Ca. Фитоплазмы фитоплазмы звездочки, такие как AY-WB, часто поражают однолетние растения ( Ли и др., 2004 ), которые погибают при цветении и семеноводстве. Фитоплазмы зависят от переносчиков насекомых для распространения до гибели растений ( Вайнтрауб и Бинленд, 2006 ). Следовательно, фитоплазмы, которые производят эффекторы, такие как SAP54, которые привлекают насекомых-переносчиков, могут распространяться быстрее, чем фитоплазмы, которые не производят такие эффекторы. Следовательно, вероятно, что влечение насекомых-переносчиков является расширенным фенотипом SAP54. Вопрос о том, играют ли листоподобные цветы роль в улучшении фитоплазменного состояния, стал менее ясным. Возможно, что индукция филлоди является побочным эффектом SAP54-опосредованной модуляции процессов, вовлеченных в привлечение насекомых. SAP54 индуцирует листообразные цветы, опосредуя деградацию MTF посредством взаимодействия с RAD23 ( Маклин и др., 2014 ). MTF являются регуляторными центрами для множества физиологических процессов в растениях, включая иммунитет растений (сравнимый с генами HOX животных); некоторые MTF, по-видимому, (не) непосредственно регулируют синтез и ответные гены цитокинина и JA ( Грегис и др., 2013 ), которые влияют на взаимодействие растений и насекомых ( Erb et al., 2012 ; Жирон и Глеварец, 2014 ; Нессенс и др., 2015 ; Schafer et al., 2015 ), такой как вектор AY-WB листокопов M. quadrilineatus ( Sugio et al., 2011a ). Кроме того, MTF регулируют возрастные реакции устойчивости к вредителям ( Уилсон и др., 2013 ). Следовательно, деградация MTF, опосредованная SAP54, может модулировать иммунитет растений, что приводит к привлечению листохвостов.

Другой эффектор фитоплазмы AY-WB, SAP11, связывает и дестабилизирует специфические члены семейства TCP и способствует активности яйцекладки личинки в тестах без выбора ( Бай и др., 2012 ; Sugio et al., 2011a , 2014 ). TCP являются транскрипционными факторами, которые сохраняются среди растений и являются регуляторными центрами роста растений и формирования органов. Кроме того, ПТС регулируют различные микроРНК и гормоны защиты растений JA ( Шоммер и др., 2008 ; Имминк и др., 2012 ) и SA ( Ван и др., 2015 ). Другой эффектор фитоплазмы, Tengu, также вызывает у растений симптомы, похожие на метлу ведьмы ( Хоши и др., 2009 ) и изменяет баланс JA и ауксиновых гормонов ( Минато и др., 2014 ), и было высказано предположение, что симптомы, похожие на метлу ведьмы, привлекают векторы листогубцев ( Хоши и др., 2009 ). Однако, учитывая, что SAP11 уменьшает производство JA, что увеличивает колонизацию Калленбах и др., 2012 ; Лу и др., 2014 ; Sugio et al., 2011b ), еще предстоит выяснить, участвуют ли симптомы метлы ведьмы в предпочтении колонизации личинки. Таким образом, все эффекторы SAP54, SAP11 и TENGU изменяют развитие растений, которые напоминают симптомы растений, зараженных фитоплазмой, но для SAP54 мы теперь показали, что изменения в развитии растений (листообразных цветов) не требуются для предпочтения насекомых.

Нацеливание консервативных растительных белков, таких как MTF и TCP, эффекторными белками фитоплазмы может позволить паразитам фитоплазмы инфицировать широкий спектр видов растений. Челночные белки 26S протеасомы RAD23 также сохраняются среди видов растений ( Виерстра, 2009 ). Совместимость фитоплазм с несколькими видами растений, вероятно, необходима, учитывая, что фитоплазма AY-WB и родственные паразиты передаются полифаговыми видами насекомых, такими как листохвосты рода Macrosteles ( Ли и др., 2004 ; Вайнтрауб и Бинленд, 2006 ). Поскольку эти насекомые охотно питаются многими видами растений, фитоплазмы улучшат свою приспособленность, если смогут модулировать эти растения для увеличения притяжения и колонизации переносчиков насекомых. В соответствии с этим, гомологи SAP54 обнаружены в разнообразных филлодий-индуцирующих фитоплазмах, которые заражают широкий спектр видов растений ( Бертаччини, 2007 ; Маклин и др., 2011 ; Маэджима и др., 2014 ). Таким образом, универсальные паразиты, особенно те, которые зависят от альтернативных хостов для передачи, могут получить преимущества пригодности, вмешиваясь в процессы консервативного хоста.

Часто утверждается, что вызываемые паразитами фенотипы имеют прямую положительную связь с приспособленностью паразитов ( Гулд и Левонтин, 1979 ; Докинз, 1982 , 1990 ). Например, лягушки, зараженные видами трематод Ribeiroia, теряют свои ноги, и считается, что это повышает вероятность того, что эти лягушки будут съедены птицами, которые являются вторичными хозяевами (или переносчиками) трематод. Поскольку трематоды зависят от птиц для передачи лягушкам (экскременты птиц, зараженные трематодами, попадают в улиток, которые затем снова съедаются лягушками), вызванные трематодами изменения морфологии лягушек рассматриваются как адаптивный паразит-индуцированный фенотип, который имеет основная роль усиления распространения трематод. Наша гипотеза о том, что листоподобные цветы способствуют притяжению векторов насекомых, была аргументирована с точки зрения адаптивистов, которая была подкреплена нашим открытием, что взаимодействие SAP54 с RAD23 необходимо как для формирования листообразных цветов, так и для притяжения векторов насекомых ( Маклин и др., 2014 ). Однако альтернативная неадапсионистская точка зрения заключается в том, что индуцированные паразитом фенотипы не всегда являются адаптивными и могут быть побочными эффектами или вторичными явлениями, которые оказывают нейтральное влияние на (паразитную) приспособленность ( Гулд и Левонтин, 1979 ). В соответствии с этим, наши результаты предполагают, что образование листообразных цветов может быть фенотипом, который является вторичным или побочным эффектом по отношению к основной роли SAP54 и фитоплазм для привлечения листогубцев (рис. 6 ). Следовательно, листоподобные цветы могут быть примером неадаптивного паразит-индуцированного фенотипа.

Вклад автора

ZO разработал эксперименты, выполнил всю экспериментальную работу, выполнил анализ данных и написал рукопись; SH инициировал проект, координировал исследование и написал рукопись. Все авторы дают окончательное одобрение для публикации.

финансирование

Работа финансировалась BBSRC (BB / J0045531 / 1), а стипендия BBSRC была присуждена ZO.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Подтверждения

Мы благодарим Энрико Коэна и Софиен Камун за критическую обратную связь с версиями рукописей, Ричарда Д. Вьерстра (кафедра генетики, Университет Висконсин-Мэдисон) и Мартина М. Катера (кафедра бионауки, Università degli Studi di Milano) за любезное предоставление семян Мутанты A. thaliana rad23 и линии избыточной экспрессии 35S: SVP соответственно. Мы благодарны Иану Бедфорду, Анне Джордан и Гэвину Хэтту (JIC Insectary) за выращивание и уход за листопадными и фитоплазменными растениями, а также Службе садоводства Джона Иннеса по выращиванию растений, используемых в этом исследовании. Мы также благодарим Эндрю Дэвиса за фотографии растений.

Дополнительный материал

Дополнительный материал для этой статьи можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2016.00885

Рекомендации

Похожие

Комментарии