An endophytic fungus interacts with the defensin-like protein OsCAL1 to regulate cadmium allocation in rice

生物 防御素 根际 拟南芥 流出 共生 细胞生物学 胞浆 内生菌 质外体 植物 微生物学 生物化学 细菌 遗传学 基因 突变体 抗菌剂 细胞壁
作者
Tianyu Gu,Ziai Qi,Yating Wang,Siying Chen,Jing Yan,Haiping Qiu,Yanxuan Yu,Zijun Fang,Junmin Wang,Ji‐Ming Gong
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier]
卷期号:17 (2): 312-324 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.molp.2023.12.022
摘要

Abstract

Defensin-like proteins are conserved in multicellular organisms and contribute to innate immune responses against fungal pathogens. In rice, defensins play a novel role in regulating cadmium (Cd) efflux from the cytosol. However, whether the antifungal activity of defensins correlates with Cd-efflux function remains unknown. In this study, we isolated an endophytic Fusarium, designed Fo10, by a comparative microbiome analysis of rice plants grown in a paddy contaminated with Cd. Fo10 is tolerant to high levels of Cd, but is sensitive to the defensin-like protein OsCAL1, which mediates Cd efflux to the apoplast. We found that Fo10 symbiosis in rice is regulated by OsCAL1 dynamics, and Fo10 coordinates multiple plant processes, including Cd uptake, vacuolar sequestration, efflux to the environment, and formation of Fe plaques in the rhizosphere. These processes are dependent on the salicylic acid signaling pathway to keep Cd levels low in the cytosol of rice cells and to decrease Cd levels in rice grains without any yield penalty. Fo10 also plays a role in Cd tolerance in the poaceous crop maize and wheat, but has no observed effects in the eudicot plants Arabidopsis and tomato. Taken together, these findings provide insights into the mechanistic basis underlying how a fungal endophyte and host plant interact to control Cd accumulation in host plants by adapting defense responses to promote the establishment of a symbiosis that permits adaptation to high-Cd environments.
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