Effector target-guided engineering of an integrated domain expands the disease resistance profile of a rice NLR immune receptor

效应器 生物 免疫受体 受体 细胞生物学 转基因水稻 免疫系统 转基因 计算生物学 遗传学 基因 转基因作物
作者
Josephine H. R. Maidment,Motoki Shimizu,Adam R. Bentham,Sham Vera,Marina Franceschetti,Apinya Longya,Clare E. M. Stevenson,Juan Carlos De la Concepción,Aleksandra Białas,Sophien Kamoun,Ryohei Terauchi,Mark J. Banfield
出处
期刊:eLife [eLife Sciences Publications Ltd]
卷期号:12 被引量:75
标识
DOI:10.7554/elife.81123
摘要

A subset of plant intracellular NLR immune receptors detect effector proteins, secreted by phytopathogens to promote infection, through unconventional integrated domains which resemble the effector’s host targets. Direct binding of effectors to these integrated domains activates plant defenses. The rice NLR receptor Pik-1 binds the Magnaporthe oryzae effector AVR-Pik through an integrated heavy metal-associated (HMA) domain. However, the stealthy alleles AVR-PikC and AVR-PikF avoid interaction with Pik-HMA and evade host defenses. Here, we exploited knowledge of the biochemical interactions between AVR-Pik and its host target, OsHIPP19, to engineer novel Pik-1 variants that respond to AVR-PikC/F. First, we exchanged the HMA domain of Pikp-1 for OsHIPP19-HMA, demonstrating that effector targets can be incorporated into NLR receptors to provide novel recognition profiles. Second, we used the structure of OsHIPP19-HMA to guide the mutagenesis of Pikp-HMA to expand its recognition profile. We demonstrate that the extended recognition profiles of engineered Pikp-1 variants correlate with effector binding in planta and in vitro, and with the gain of new contacts across the effector/HMA interface. Crucially, transgenic rice producing the engineered Pikp-1 variants was resistant to blast fungus isolates carrying AVR-PikC or AVR-PikF. These results demonstrate that effector target-guided engineering of NLR receptors can provide new-to-nature disease resistance in crops.

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