바이오인

2019 IS-MPMI (International Society for Molecular Plant-Microbe Interactions)

XⅧ Congress 참석 후기

요약문

2019년 7월 14일부터 18일까지 5일 동안 영국 스코틀랜드 글래스고의 Scottish Event Cam?pus (SEC) centre에서 제18회 International Society for Molecular Plant-Microbe Interactions (IS-MPMI) Congress가 개최되었다. 52개국, 총 1,400여 명 이상의 연구자가 참가하였으며, 8개의 plenary session과 21개의 concurrent session이 진행되었다. 이와 더불어, 6개의 satellite meeting이 진행되어 식물과 병원성 미생물, 공생 미생물 등의 분자 수준에서의 상호작용과 관련하여 진행되고 있는 연구내용에 대한 발표가 이루어졌다. 또한, 개별 미생물과의 상호작용을 넘어 마이크로바이옴(Microbiome)과 식물의 상호작용에 대한 발표 또한 2개의 concur?rent session을 통해 다루어졌다. Congress 기간 동안 총 980편 이상의 포스터가 2회의 post?er session에 걸쳐 전시되었다. 또한, 포스터 발표와 함께 새로 구성된 2회의 flash talk이 진행되어 식물-미생물 상호작용과 관련된 여러 연구자들의 연구내용을 직접 들을 수 있었다. 이번 학회 참석 후기는 학회 기간 동안 다루어진 식물-미생물 상호작용의 주요 발표를 요약하고 마이크로바이옴 연구의 최신 동향에 초점을 맞추어 작성하였다.

Key Words: Plant-microbe interaction, Plant pathogen, Symbiosis, Microbiome

목 차

Ⅰ. 학회 소개

Ⅱ. 주요 발표 내용
1. Satellite meeting: New Insights into Rice-Pathogen Interactions
2. IS-MPMI Congress에서의 주요 발표
3. 마이크로바이옴 관련 주요 발표

Ⅲ. 총평

Ⅰ. 학회 소개

2019년 7월 14일부터 7월 18일까지 5일간 영국 스코틀랜드 글래스고의 Scottish Event
Campus (SEC) centre에서 제18회 International Society for Molecular Plant-Microbe Interactions (IS?MPMI) Congress가 개최되었다. 이번 Congress에서는 식물과 병원성 미생물의 상호작용에서의 PAMP-triggered immunity (PTI)와 Effector-triggered immunity (ETI)에 관여하는 유전자 및 단백질, 그리고 이들이 관여하는 signaling pathway, resistosome 등에 대한 내용과 더불어 최근 주목받고 있는small RNA와 extracellular vesicle에 대한 연구들이 다루어졌다. 또한, 공생 미생물로써 legume과 rhizobial bacteria, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF)에 의한 root nodulation, arbuscule 형성 및 물질 교환 등 symbiotic association의 형성과 관련된 내용 또한 심도 있게 다루어졌다. 이와 더불어 앞으로의 식물-미생물 상호작용에서 새로운 분야로 떠오르고 있는 마이크로바이옴(Microbiome)이 비중 있게 다루어졌다. Congress 시작 전 6개 분야(powdery mildew와 insect-transmitted pathogen, plant virus, gram positive plant-associated bacteria, plant-human pathogen interaction, rice-pathogen interaction)에서 satellite meeting이 진행되어 각 분야에서의 최신 연구동향에 대한 소개가 진행되었다. Opening ceremony의 연사는 올해 IS-MPMI Awardee인 Dr. Brian Staskawicz로 지난 수십 년간 Dr. Brian Staskawicz의 연구실에서 밝힌 연구 사항에 대한 발표를 진행하였다. Opening ceremony 이후, The Sainsbury Laboratory의 Dr. Jonathan Jones가 IS-MPMI Keynote Address로 어떻게 하면 좋은 host가 되는 것을 피할 수 있는지를 주제로 발표가 이루어졌다. 이들 발표를 시작으로 본격적인 Congress가 시작되었다.

Ⅱ. 주요 발표 내용

1. Satellite meeting: New Insights into Rice-Pathogen Interactions

본격적인 Congress가 시작되기에 앞서 각 분야별 satellite meeting이 진행되었다. 이 중 New Insights into Rice-Pathogen Interactions에 참석하였다. 이 satellite meeting은 The Ohio State University의 Dr. Jonathan M. Jacobs와 Dr. Guo-Liang Wang를 chair로 하여 진행되었다. Satellite meeting의 내용은 크게 Xanthomonas oryzae pv. oryzae로 대표되는 세균성 식물병과 Magnaporthe oryzae로 대표되는 진균성 식물병을 중심으로 진행되었으며, root knot nematode(뿌리혹선충)과 벼를 감염하는 식물바이러스에 대해서도 다루어졌다. 아래에서는 Satellite meeting에서 다루어졌던 주요 발표에 대해 이야기하고자 한다.

1-1. Basis of tissue-specific behavior in Xanthomonas species Jonathan Jacobs (The Ohio State University, USA)

Satellite meeting의 chair인 Jonathan Jacobs의 발표는 Xanthomonas species의 tissue specificity에 대한 comparative study에 관한 내용으로 진행되었다. Xanthomonas spp.는 감염하는 벼의 조직에 따라 크게 2가지로 구분된다. 하나는 vascular tissue를 가해하여 leaf blight를 일으키는 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)와 mesophyll의 intercellular space (Non-vascular tissue)를 가해하여 leaf stripe를 일으키는 Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc)가 있다. 이들은 genome이 98% 이상 일치하지만, 병징(Symptom)이 상이하여 구분된다. 이들의 차이를 유발하는 요인을 보고자 comparative analysis를 수행하여 Xoo group에서 cellobiose hydrolase가 특이적으로 분포한다는 것이 확인되었다. 반대로 Xoc group에서는 hypothetical protein이 특이적으로 분포한다는 것이 밝혀졌다. 또한, 계통학적으로 celA가 Xoo에서는 존재하나 Xoc에서는 loss가 일어난 것이 확인되었다. 이러한 차이를 바탕으로 vascular X. oryzae (Xo)로부터 nonvascular Xo가 분화되었을 것으로 추측하였다. celA 유전자가 Xanthomonas spp.의 tissue specificity에 관여할 것으로 생각하여 Xoc에 celA 유전자를 삽입하여 vascular tissue에서 병을 일으키는지 확인하였다. 하지만, celA 유전자가 있음에도 병이 발생하지 않았는데, 이 돌연변이체에 AvrXa7 유전자를 같이 발현하도록 한 경우, vascular tissue에서 병이 발생함을 보았다. 이를 바탕으로 vascular Xo와 non-vascular Xo 사이의 유전자들의 gain (horizontal gene transfer) and loss에 의하여 Xo의 tissue specificity가 나타나는 것으로 추측하였다.

1-2. Molecular interactions between the root-knot nematode Meloidogyne graminicola and the resistant African rice (Oryza glaberrima) TOG5681 Diana Fernandez (IRD-French Research Institute for Development, France)

Root-knot nematode(뿌리혹선충)는 식물의 지하부를 가해하는 Sedentary endoparasitic nematode(정착형 내부기생성 선충)으로 눈에 띠는 증상이 미약하고 만연하여 쉽게 진단하기 어렵다. 벼 또한 다른 작물과 마찬가지로 뿌리혹선충에 의한 피해를 입을 수 있다. 뿌리혹선충은 stylet을 통해 벼의 뿌리에 물리적 상해를 유발하며, 침샘(salivary gland)에서 cell wall-degrading enzyme(세포벽 분해효소, CWDE)과 다른 미생물과 마찬가지로 effector molecule을 분비한다. 이를 통해 유충 시기동안 영양분을 획득할 거대 세포(giant cell)를 생성한다. 아시아 벼로 대표되는 Oryza sativa는 Meloidogyne graminicola에 대하여 거의 모든 품종이 취약한 반면, 아프리카 재배종인 O. glaberrima는 뿌리혹선충에 대하여 저항성을 보인다. O. glaberrima의 저항성 반응은 주로 뿌리혹선충이 생성하는 거대 세포(giant cell)이 붕괴됨으로써 이루어진다. Dual RNA-seq을 이용하여 저항성 반응에서 나타나는 벼의 반응과 선충의 반응을 조사함으로써 O. glaberrima에서 7개의 QTL이 선충 감염 후 크게 발현이 증가함을 보았다. 반면, 선충의 경우 저항성 품종 내에서 cell wall-degrading enzyme (CWDE)의 발현이 증가함을 보았는데, 이는 CWDE를 이용하여 거대 세포를 어떻게 해서라도 만들려고 하는 움직임으로 예상된다고 하였다. 반면, 감수성 품종(Nipponbare) 내의 선충은 CWDE의 발현이 적었는데, 이는 조금의 enzyme으로도 큰 효과를 볼 수 있기 때문이라고 추측된다고 한다. 이에 따라 감수성 품종 내 선충에서는 CWDE보다 주로 선충의 development에 관련된 유전자의 발현이 크게 늘어난다고 한다. 이 연구는 incompatible/compatible interaction 상황에서 기주 식물과 parasite 간의 분자 수준에서의 비교 연구에 도움이 될 것으로 보인다.

1-3. Nuclear effectors of Magnaporthe Oryzae modulate host susceptibility via transcriptional reprogramming of immunity-associated target genes Seongbeom Kim (Seoul National University, Republic of Korea)

이 연구에서는 M. oryzae ? rice (O. sativa) pathosystem을 이용하여 M. oryzae에서 벼 세포 내 핵에서 기주 식물의 transcription을 reprogramming하여 immunity response의 발현에 관여하는 nuclear effector를 찾고 이들에 대한 characterization을 실시하였다. M. oryzae에서 분비되는 단백질 중 transcription factor의 특징을 가지는 20개의 단백질을 찾아 MoHTR (Host Transcription Reprogr?amming) 유전자라 명명하였다. 시간별 transcriptome을 기반으로 활물기생 시기에 상대적인 발현 정도가 높아 병 발생에 기여할 것으로 보이는 MoHTR1과 HTR2를 선정하여 추후 characterization을 실시하였다. 각 HTR1 단백질에 형광단백질을 tagging하여 이들 단백질이 어디에 위치하는지 본 결과, 두 단백질이 활물기생 단계에서 BIC에 집적되며 식물의 핵으로 이동하는 것이 확인되었다. 흥미롭게도 이들 단백질은 침입 균사가 다음 세포에 도달하기 전, 이미 다음 세포의 핵으로 이동한다는 것 또한 확인되었다. 두 유전자를 제거한 돌연변이체를 이용하여 병원성 실험을 진행하였을 때, 진균의 development(영양생장 및 포자 생성, 발아, appressorium 생성)에는 영향을 주지 않으나, in planta에서 virulence가 모두 감소하는 것을 확인하였다. Defense에 관여하는 유전자와 식물 호르몬에 반응하는 유전자들의 발현 정도를 보았을 때, HTR 유전자가 삭제된 돌연변이체에서 모두 이들유전자들의 발현이 유의하게 증가하는 것으로 나타나, HTR 유전자가 immunity response의 발현에 관여함을 밝혔다. HTR 단백질이 C2H2 Zinc finger를 가지고 있어 DNA에 binding할 것으로 예측되어 이들의 DNA target을 찾기 위해 binding affinity가 높은 DNA 서열을 확인하여 MoHTR1의 target으로 OsMYB4가, MoHTR2의 target으로 OsWRKY45와 OsHPL2 유전자가 확인되었다. Yeast one hybrid를 통해 이들 target gene에 HTR 단백질이 결합함을 확인하였고, in planta gene expression을 보았을 때, HTR 단백질이 삭제된 돌연변이에서 target gene의 발현이 모두 증가함을 보았다. MoHTR이 식물체 내에서 constitutive expression을 할 때의 target gene의 발현을 보기 위해 MoHTR 단백질을 발현하는 transgenic rice를 제작하였고, 이들에서 target gene의 발현을 확인한 결과, target gene의 발현이 감소함을 보았다. 이들이 basal defense gene의 발현에 관여하기 때문에 다른 병원성 미생물의 병 발생에도 영향을 줄 것으로 예상되어 활물기생체인 X. oryzae pv. oryzae (Xoo)와 사물기생체인 Cochliobolus miyabeanus를 각각 접종하여 병 발생량을 확인하였다. 그 결과, Xoo의 병 발생이 두 HTR-transgenic rice에서 모두 증가하였으며, C. miyabeanus의 병 발생은 감소하는 경향을 보였다. 이를 통해 transcription repressor로서 기주 식물의 immunity-associated gene의 발현을 억제함으로써 병 발생 환경을 병원체에 호의적으로 만드는 nuclear effector가 있음을 증명하였다.

이와 같이 satellite meeting에서는 벼를 가해하는 다양한 미생물에서의 연구동향을 봄으로써 서로 다른 병원성 미생물이 가지고 있는 특이적인 가해 방법과 분자 수준에서의 interaction을 볼 수 있었으며, 병원성 미생물 사이에서의 공통적인 요소를 통합적으로 생각해볼 수 있는 기회가 되었다.

...................(계속)

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