Toll/interleukin-1 receptor-only genes contribute to immune responses in maize

免疫系统 伤亡人数 基因 Toll样受体 生物 白细胞介素-1受体 受体 免疫受体 免疫学 白细胞介素 细胞生物学 遗传学 先天免疫系统 细胞因子
作者
Qiang Zhang,Derong Gao,Lei Tian,Kirstin Feussner,Bin Li,Long Yang,Qin Yang,Yuelin Zhang,Xin Li,Ivo Feußner,Fang Xu
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiaf030
摘要

Proteins with Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domains are widely distributed in both prokaryotes and eukaryotes, serving as essential components of immune signaling. Although monocots lack the major TIR-nucleotide-binding (NB)-leucine-rich repeat (LRR)-type (TNL) immune receptors, they possess a small number of TIR-only proteins, the function of which remains largely unknown. In the monocot maize (Zea mays), there are three conserved TIR-only genes in the reference genome, namely ZmTIR1 to ZmTIR3. A genome-wide scan for TIR genes and comparative analysis revealed that these genes exhibit low sequence diversity and do not show copy number variation among 26 diverse inbred lines. ZmTIR1 and ZmTIR3, but not ZmTIR2, specifically trigger cell death and defense gene expression when overexpressed in Nicotiana benthamiana leaves. These responses depend on the critical glutamic acid and cysteine residues predicted to be essential for TIR-mediated NADase and 2',3'-cAMP/cGMP synthetase activity, respectively, as well as the key TIR downstream regulator Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1). Overexpression of ZmTIR3 in N. benthamiana produces signaling molecules, including 2'cADPR, 2',3'-cAMP and 2',3'-cGMP, a process that requires the enzymatic glutamic acid and cysteine residues of ZmTIR3. ZmTIR expression in maize is barely detectable under normal conditions, but is substantially induced by different pathogens. Importantly, the maize Zmtir3 knockout mutant exhibits enhanced susceptibility to the fungal pathogen Cochliobolus heterostrophus, highlighting the role of ZmTIR3 in maize immunity. Overall, our results unveil the function of the maize ZmTIRs. We propose that the pathogen-inducible ZmTIRs play an important role in maize immunity, likely through their enzymatic activity and via EDS1-mediated signaling.
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