AcDCXRはササゲアブラムシのエフェクターであり、宿主の免疫と生理を変化させる役割を担っていると考えられている

AcDCXR Is a Cowpea Aphid Effector With Putative Roles in Altering Host Immunity and Physiology.

• Jacob R MacWilliams
• Stephanie Dingwall
• Quentin Chesnais
• Akiko Sugio
• Isgouhi Kaloshian

抄録

ササゲは、サハラ砂漠以南のアフリカのような半乾燥地帯に欠かせない作物である。ササゲはササゲアブラムシの被害を受けやすい作物であり、その被害は大きな収量減少につながる可能性があります。アブラムシは、針状の柔軟性のある皮下針を植物の中に挿入して、葉の樹液に到達することで宿主植物を食べます。摂食中、アブラムシはエフェクタータンパク質を含む唾液を植物内に分泌し、植物の免疫反応を混乱させ、植物の生理機能を自分たちに有利なように変化させます。液体クロマトグラフィー・タンデム質量分析法（LC-MS/MS）を用いて、ササゲアブラムシの唾液プロテオームを同定した。ジアセチル/L-キシルロース還元酵素（DCXR）、アブラムシの唾液中で以前に未確認の新規酵素を含む約150の候補タンパク質が同定されました。DCXR は短鎖デヒドロゲナーゼ/還元酵素の一種であり、炭水化物代謝とジカルボニル代謝の二重の酵素機能を持つ。ササゲアブラムシＤＣＸＲ（ＡｃＤＣＸＲ）が同様の機能を有するかどうかを評価するために、組換えＡｃＤＣＸＲを精製し、酵素的にアッセイした。炭水化物代謝については、キシリトールのキシルロースへの酸化を試験した。ジカルボニル反応は、高濃度で細胞毒性を引き起こす生物学的および生物学的ストレス応答分子として知られるα-β-ジカルボニルケトアルデヒドであるメチルグリオキサールの還元に関与していた。ササゲアブラムシが植物にメチルグリオキサールを誘導するかどうかを評価するために、サササゲとエンドウの両方の植物のメチルグリオキサール濃度を測定したところ、アブラムシに感染した後に一過性に上昇することがわかった。また、アグロバクテリウムを介したAcDCXRの一過性の過剰発現により、サササゲアブラムシの繁殖力が増加した。以上の結果から、AcDCXR は、アブラムシに追加のエネルギー源を供給し、植物の防御反応を変化させるエフェクターであることが示唆された。さらに、本研究では、アブラムシの害虫に対する植物防御の既知のレパートリーに追加される新規なアブラムシ防御代謝物として、メチルグリオキサールを同定した。

Cowpea, , is a crop that is essential to semiarid areas of the world like Sub-Sahara Africa. Cowpea is highly susceptible to cowpea aphid, , infestation that can lead to major yield losses. Aphids feed on their host plant by inserting their hypodermal needlelike flexible stylets into the plant to reach the phloem sap. During feeding, aphids secrete saliva, containing effector proteins, into the plant to disrupt plant immune responses and alter the physiology of the plant to their own advantage. Liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used to identify the salivary proteome of the cowpea aphid. About 150 candidate proteins were identified including diacetyl/L-xylulose reductase (DCXR), a novel enzyme previously unidentified in aphid saliva. DCXR is a member of short-chain dehydrogenases/reductases with dual enzymatic functions in carbohydrate and dicarbonyl metabolism. To assess whether cowpea aphid DCXR (AcDCXR) has similar functions, recombinant AcDCXR was purified and assayed enzymatically. For carbohydrate metabolism, the oxidation of xylitol to xylulose was tested. The dicarbonyl reaction involved the reduction of methylglyoxal, an α-β-dicarbonyl ketoaldehyde, known as an abiotic and biotic stress response molecule causing cytotoxicity at high concentrations. To assess whether cowpea aphids induce methylglyoxal in plants, we measured methylglyoxal levels in both cowpea and pea () plants and found them elevated transiently after aphid infestation. Agrobacterium-mediated transient overexpression of AcDCXR in pea resulted in an increase of cowpea aphid fecundity. Taken together, our results indicate that AcDCXR is an effector with a putative ability to generate additional sources of energy to the aphid and to alter plant defense responses. In addition, this work identified methylglyoxal as a potential novel aphid defense metabolite adding to the known repertoire of plant defenses against aphid pests.

Copyright © 2020 MacWilliams, Dingwall, Chesnais, Sugio and Kaloshian.