《Protist》：Conserved immunophilins: A unifying link across three phytomyxid pathogens
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阿纳加·桑托什（Anagha Santhosh）| 安德烈亚·加尔维托（Andrea Garvetto）| 西格丽德·诺伊豪泽（Sigrid Neuhauser）
因斯布鲁克大学微生物研究所，奥地利因斯布鲁克
摘要
免疫磷脂蛋白（Immunophilins）是一类在所有生物中
阿纳加·桑托什（Anagha Santhosh）| 安德烈亚·加尔维托（Andrea Garvetto）| 西格丽德·诺伊豪泽（Sigrid Neuhauser）
因斯布鲁克大学微生物研究所，奥地利因斯布鲁克
摘要
免疫磷脂蛋白（Immunophilins）是一类在所有生物中都存在的保守蛋白质，包括细菌、真菌、植物和动物。免疫磷脂蛋白被分为三个亚家族：环磷脂蛋白（Cyclophilins）、FK-506结合蛋白（FK-506 binding proteins）和微小磷脂蛋白（Parvulins），它们参与重要的细胞功能，尤其是蛋白质折叠。尽管它们具有广泛的生物学相关性，但对于属于卵菌、硅藻、褐藻和植物专性生物营养病原体的Phytomyxea中的免疫磷脂蛋白知之甚少。在这项研究中，我们分析了感染褐藻的Maullinia ectocarpii中的免疫磷脂蛋白，并将其与植物病原体Plasmodiophora brassicae和Spongospora subterranea的免疫磷脂蛋白进行了比较。通过蛋白质结构域、结构和系统发育分析，我们鉴定并表征了这些免疫磷脂蛋白。此外，还验证了M. ectocarpii中选定免疫磷脂蛋白在整个生命周期中的表达情况。我们的研究结果揭示了免疫磷脂蛋白在感染进化上不同宿主的Phytomyxea中的保守性质。我们发现，在植物和藻类相关的病原体中，某些免疫磷脂蛋白的功能结构域和蛋白质结构具有很强的保守性。这种保守性表明免疫磷脂蛋白在Phytomyxia的生物学中起着重要作用，同时也暗示了这些蛋白质在病原体适应性和感染策略中的潜在保守作用，为病原体-宿主相互作用提供了见解。
引言
免疫磷脂蛋白存在于许多生物中，包括病毒、细菌、真菌、植物和动物（Vasudevan等人，2015年）。免疫磷脂蛋白超家族被分为三个高度保守的亚组：环磷脂蛋白（Cyclophilins）、FK-506结合蛋白（FKBPs）和微小磷脂蛋白（Parvulins）（Hanes，2015年）。所有免疫磷脂蛋白都具有肽基丙氨酰异构酶（PPIase）活性（Barik，2006年；Olejnik等人，2021年；Harikishore和Sup Yoon，2016年）。PPIases催化肽基丙氨酰（X-Pro）键的顺反异构化，有助于蛋白质的折叠和重构，并在生理和病理生理过程中发挥重要作用（Hu和Chen，2020年；Schiene-Fischer，2015年）。免疫磷脂蛋白，特别是环磷脂蛋白，在植物、人类和人类病原体的生物和非生物胁迫中具有关键功能（Davis等人，2010年；Olejnik等人，2021年；Subin等人，2016年）。环磷脂蛋白是一组对细胞过程至关重要的蛋白质，如蛋白质折叠、信号传导、mRNA加工、蛋白质降解、凋亡和应激反应（Olejnik等人，2021年）。FKBPs有助于蛋白质折叠、伴侣蛋白活性、蛋白质运输、转录和受体信号传导以及凋亡（Bonner和Boulianne，2017年）。FKBPs的名字来源于它们能够结合在Streptomyces tsukubaensis中发现的一种免疫抑制物质FK506（Bonner和Boulianne，2017年）。这些化合物与相应的免疫磷脂蛋白的活性位点结合并抑制PPIase活性（Hanes，2015年）。第三组微小磷脂蛋白（Parvulins）调节RNA聚合酶II的结构和功能（Olejnik等人，2021年）。免疫磷脂蛋白已被确定为土壤传播的病原体Plasmodiophora brassicae及其宿主相互作用的一部分，在其中它们被认为在病原体毒力中起作用（Singh等人，2018年）。通过分析其表达谱，在P. brassicae中鉴定并验证了19种潜在的免疫磷脂蛋白，其中11种是环磷脂蛋白，7种是FK-506结合蛋白（FKBPs），1种是类似微小磷脂蛋白的蛋白质（Singh等人，2018年）。通过在Magnaporthe oryzae中异源表达预测的环磷脂蛋白PbCYP3并进行感染实验，证实了这种环磷脂蛋白的致病性（Singh等人，2018年）。
Phytomyxea（Phytomyxids）包括属于真核生物超群Rhizaria的植物和丝状真菌的专性生物营养病原体，这使它们在生命树上的分类位置对于植物病原体来说是不寻常的（Hittorf等人，2020年）。Rhizaria包含多种变形虫和鞭毛虫原生动物，包括cercomonads、寄生性单孢子虫和Phytomyxea（Pawlowski，2009年；Vinogradov等人，2013年）。Phytomyxea包含一些具有重大经济影响的物种，其中Plasmodiophora brassicae和Spongospora subterranea是感染芸苔属植物和马铃薯的最著名病原体（Bulman和Braselton，2014年；Neuhauser和Kirchmair，2009年；Schwelm等人，2018年）。P. brassicae是芸苔属植物根肿病的致病菌，而S. subterranea则导致马铃薯白粉病。这两种病原体都造成了巨大的经济损失，属于Plasmodiophorida目（Balendres等人，2016年；Hittorf等人，2020年；Wang等人，2019年）。Phytomyxea还包括感染褐藻的病原体，这些褐藻在海洋水产养殖中变得越来越重要。例如，Phytomyxia病原体Maullinia ectocarpii，因此作为藻类水产养殖中的潜在病原体受到了越来越多的研究（Bulman和Neuhauser，2017年；Murúa等人，2023年；Santhosh和Neuhauser，2024年）。免疫磷脂蛋白在植物防御和病原体毒力中起着重要作用，包括在P. brassicae的致病性中的作用（Singh等人，2018年）。尽管有这些发现，但对不同Phytomyxea物种中的免疫磷脂蛋白尚未进行系统的研究，因此免疫磷脂蛋白的保守程度及其对Phytomyxia-宿主相互作用的影响仍不清楚。本研究旨在通过分析不同Phytomyxia中的免疫磷蛋白的存在和保守性来填补这一研究空白。我们将P. brassicae的免疫磷蛋白序列与S. subterranea的基因组草图和M. ectocarpii的转录组中的蛋白质进行了比较。主要目的是识别在不同宿主上寄生的Phytomyxia中保守的免疫磷蛋白，而不是发现Phytomyxia免疫磷蛋白的新多样性。因此，特别关注的是在噬菌性PhytomyxiaM. ectocarpii中鉴定和验证免疫磷蛋白。这种Phytomyxia不仅在分类上与P. brassicae不同，而且它还感染海洋环境中的褐藻（Murúa等人，2017年；Santhosh和Neuhauser，2024年，补充材料：图1）。因此，如果P. brassicae和M. ectocarpii之间的免疫磷蛋白存在保守性，将表明Phytomyxia与其宿主的生物营养相互作用中存在进化保守的机制。将数据与S. subterranea的数据进行比较，可以更好地区分仅在植物病原体Plasmodiophorida中存在的（即仅存在于P. brassicae和S. subterranea中）的免疫磷蛋白，以及在这两组Phytomyxia（即存在于所有三个数据集中）中保守的免疫磷蛋白。这项研究的开始考虑了Phytomyxia中免疫磷蛋白分布的四种可能情况：（i）Singh等人（2018年）鉴定的免疫磷蛋白与其他Phytomyxia之间没有共享；（ii）在Plasmodiophorida内部共享，但不与M. ectocarpii》共享；（iii）在所有病原体中完全保守；或（iv）免疫磷蛋白保守的随机模式。为了更好地理解M. ectocarpii中免疫磷蛋白的作用和功能及其与Phytomyxia宿主相互作用的关系，我们监测了M. ectocarpii生命周期中三种选定免疫磷蛋白转录本的存在。
章节片段
免疫磷脂蛋白的鉴定和表征
为了鉴定M. ectocarpii和S. subterraneae中潜在的免疫磷蛋白成员，使用了内部的BLASTp方法。从国家生物技术信息中心的蛋白质数据库中检索了Singh等人（2018年）在P. brassicae中鉴定的免疫磷蛋白序列，并将其与M. ectocarpii的转录组（Garvetto等人，2023年）和S. subterranea的基因组（Ciaghi等人，2018年，Ciaghi等人，2019年）中的蛋白质序列进行了比对。显著匹配的结果...
M. ectocarpii和S. subterranea的免疫磷蛋白：结构域结构和亚细胞定位
使用19种来自P. brassicae的潜在免疫磷蛋白序列（Singh等人，2018年）作为查询，通过BLASTp分析（e<0.01）在M. ectocarpii和S. subterranea中鉴定了免疫磷蛋白。虽然每个P. brassicae的免疫磷蛋白都找到了相应的匹配，但有些查询映射到了相同的预测ORFs，最终得到了M. ectocarpii和S. subterranea数据集中15个非重复的潜在免疫磷蛋白序列。这些ORFs来源于转录组和基因组草图...
选定的免疫磷蛋白在Phytomyxea中是保守的
我们的研究揭示了Phytomyxia中免疫磷蛋白的意外保守性，无论病原体、宿主或环境如何。以19种已鉴定的免疫磷蛋白（Singh等人，2018年）为起点，我们从S. subterranea的基因组和M. ectocarpii的转录组中挖掘了所有19种P. brassicae免疫磷蛋白的同源物。AlphaFold2建模和三个环磷蛋白功能结构域的区域比对显示了高度...
CRediT作者贡献声明
阿纳加·桑托什（Anagha Santhosh）：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、数据管理。安德烈亚·加尔维托（Andrea Garvetto）：撰写——审稿与编辑、验证、方法学、研究。西格丽德·诺伊豪泽（Sigrid Neuhauser）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、软件、资源、项目管理、资金获取、概念化。
资助
这项研究完全由奥地利科学基金（FWF）[授权号：10.55776/Y801资助。为了开放获取的目的，作者已为由此提交的任何作者接受的手稿版本申请了CC BY公共版权许可。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
