An engineered pathway for N -hydroxy-pipecolic acid synthesis enhances systemic acquired resistance in tomato

系统获得性抵抗 烟草 拟南芥 拟南芥 生物 哌啶酸 植物抗病性 异源的 代谢物 免疫系统 内生 水杨酸 植物免疫 细胞生物学 基因 突变体 生物化学 遗传学 氨基酸
作者
Eric C. Holmes,Yun‐Chu Chen,Elizabeth S. Sattely,Mary Beth Mudgett
出处
期刊:Science Signaling [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (604) 被引量:55
标识
DOI:10.1126/scisignal.aay3066
摘要

Systemic acquired resistance (SAR) is a powerful immune response that triggers broad-spectrum disease resistance throughout a plant. In the model plant Arabidopsis thaliana, long-distance signaling and SAR activation in uninfected tissues occur without circulating immune cells and instead rely on the metabolite N-hydroxy-pipecolic acid (NHP). Engineering SAR in crop plants would enable external control of a plant's ability to mount a global defense response upon sudden changes in the environment. Such a metabolite-engineering approach would require the molecular machinery for producing and responding to NHP in the crop plant. Here, we used heterologous expression in Nicotiana benthamiana leaves to identify a minimal set of Arabidopsis genes necessary for the biosynthesis of NHP. Local expression of these genes in tomato leaves triggered SAR in distal tissues in the absence of a pathogen, suggesting that the SAR trait can be engineered to enhance a plant's endogenous ability to respond to pathogens. We also showed tomato produces endogenous NHP in response to a bacterial pathogen and that NHP is present across the plant kingdom, raising the possibility that an engineering strategy to enhance NHP-induced defenses could be possible in many crop plants.

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