A slicing mechanism facilitates host entry by plant-pathogenic Phytophthora

疫霉菌 卵菌 生物 膨胀压力 附着胞 寄主(生物学) 植物 病菌 菌丝 微生物学 生态学
作者
Jochem Bronkhorst,Michiel Kasteel,Stijn van Veen,Jess M. Clough,Kiki Kots,Jesse Buijs,Jasper van der Gucht,Tijs Ketelaar,Francine Govers,Joris H. B. Sprakel
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (8): 1000-1006 被引量:67
标识
DOI:10.1038/s41564-021-00919-7
摘要

Phytophthora species, classified as oomycetes, are among the most destructive plant pathogens worldwide and pose a substantial threat to food security. Plant pathogens have developed various methods to breach the cuticle and walls of plant cells. For example, plant-pathogenic fungi use a ‘brute-force’ approach by producing a specialized and fortified invasion organ to generate invasive pressures. Unlike in fungi, the biomechanics of host invasion in oomycetes remains poorly understood. Here, using a combination of surface-deformation imaging, molecular-fracture sensors and modelling, we find that Phytophthora infestans, Phytophthora palmivora and Phytophthora capsici slice through the plant surface to gain entry into host tissues. To distinguish this mode of entry from the brute-force approach of fungi that use appressoria, we name this oomycete entry without appressorium formation ‘naifu’ invasion. Naifu invasion relies on polarized, non-concentric, force generation onto the surface at an oblique angle, which concentrates stresses at the site of invasion to enable surface breaching. Measurements of surface deformations during invasion of artificial substrates reveal a polarized mechanical geometry that we describe using a mathematical model. We confirm that the same mode of entry is used on real hosts. Naifu invasion uses actin-mediated polarity, surface adherence and turgor generation to enable Phytophthora to invade hosts without requiring specialized organs or vast turgor generation. Surface-deformation imaging, molecular-fracture sensors and modelling reveal that plant-pathogenic Phytophthora slice through the plant surface during host invasion. The underlying mechanism resembles cutting with a sharp knife and is termed naifu invasion.
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