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[交流]
抗菌肽VG18與KG18最新研究進(jìn)展
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當(dāng)前，作物病害嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，化學(xué)農(nóng)藥的濫用又帶來諸多風(fēng)險，在此背景下，植物基因工程成為改善作物健康的有力工具，抗菌肽（AMPs）也因廣譜活性受到關(guān)注。研究通過NMR和MD模擬揭示了VR18和KG18與脂多糖（LPS）的互作機(jī)制，這兩種肽對哺乳動物細(xì)胞無毒、無過敏原性，在植物蛋白酶中穩(wěn)定，且不擾動植物膜模擬物。 作者團(tuán)隊采用了一種替代策略，過表達(dá)兩種合理設(shè)計的AMPs，即VR18（VARGWGRKCPLFGKNKSR）和KG18（KNKSRVARGWGRKCPLFG）。 這些肽對哺乳動物細(xì)胞無細(xì)胞毒性，并對多種動物和植物病原體表現(xiàn)出廣譜活性。生物物理分析進(jìn)一步證明，這些肽通過與細(xì)菌外膜和內(nèi)膜脂質(zhì)成分的相互作用發(fā)揮其抗菌作用。重要的是，這些肽不擾動植物模型膜模擬物，并且在含有蛋白酶的植物提取物中穩(wěn)定。分子生物學(xué)和代謝組學(xué)研究的結(jié)合表明，這些肽在轉(zhuǎn)基因植物中的內(nèi)源性表達(dá)增強(qiáng)了植物的先天防御機(jī)制，而不破壞其代謝過程。 作者團(tuán)隊之前設(shè)計并表征了合成肽VG16KRKP（VARGWKRKCPLFGKGG），并評估了其對一系列革蘭氏陰性細(xì)菌病原體的抗菌活性，包括植物和動物相關(guān)菌株，以及動物真菌病原體。VG16KRKP表現(xiàn)出廣譜抗菌活性，但對革蘭氏陰性病原體銅綠假單胞菌和革蘭氏陽性細(xì)菌缺乏療效。使用高分辨率NMR的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合突變研究，鑒定出殘基W5、L11和F12對生物活性至關(guān)重要。這些殘基形成了一個疏水中心，對膜相互作用至關(guān)重要，任何這些殘基的替換都會導(dǎo)致抗真菌效力顯著降低或完全喪失。 研究采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化，將VR18和KG18基因轉(zhuǎn)入煙草。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因煙草在表型上與野生型無異，且有效表達(dá)了這兩種肽。面對病原菌挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)基因煙草展現(xiàn)出強(qiáng)抗性，病害癥狀顯著減少，細(xì)菌CFU大幅降低。同時，轉(zhuǎn)基因煙草能有效管理ROS水平，應(yīng)激基因表達(dá)保持穩(wěn)定，次生代謝譜變化極小，表明外源肽表達(dá)未顯著影響植物代謝。 此外，研究通過熒光光譜、等溫滴定微量熱等技術(shù)，證實(shí)了VR18和KG18與LPS的強(qiáng)親和力及其破壞細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)的潛力。還通過NMR光譜揭示了VR18和KG18在LPS雙分子層下的3D結(jié)構(gòu)，闡明了其生物活性構(gòu)象。該研究為開發(fā)可持續(xù)農(nóng)業(yè)抗病策略提供了新思路，具有重要的理論和應(yīng)用價值。 來源：Plant Biotechnology Journal 10.5 |
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