데일리 미생물학 Daily Microbiology 5

Intercellular cooperation in a fungal plant pathogen facilitates host colonization, 2018, PNAS

중요성

협력(cooperation)은 다세포의 출현, 병원성 세균의 성장과 독성 등 다양한 특성의 진화와 관련있음
*단세포인 세균의 경우 일정 세포 수 이상이 되면 새로운 특징을 나타내는데, 이를 quorum sensing이라 부름

하지만, 다세포 기생균의 세포들이 감염시 협력적으로(cooperatively) 행동하는지는 알려지지 않음

 

목적

병원성 진균 Sclerotinia sclerotiorum가 기주 식물(Arabidopsis thaliana) 감염시 균사 세포들의 분업이 일어나는지 확인하고자함

 

방법

1. in vitro, in planta 에서 균사를 키운 뒤 center와 apex의 전사체 분석 (RNA-seq)
2. Genome-scale metabolic model (GEM) 재구성 & flux balance analysis (FBA) 
   *GEM은 genome 으로부터 전반적인 대사 경로를 추론하는 것으로 Biolog Phenotype Microarray를 추가적으로 사용하기도 함. Metagenome 으로부터 추론할 수도 있음 (Zorrilla et al., 2021)
3. in planta 에서 균사를 다양하게 절단해서 center와 apex 간 연속성의 중요성을 보고자함
4. Multicell hyphae model (nutrient uptake, cell wall synthesis, virulenc factor production 등을 포함한 간단한 수식)을 이용하여 업무 분업과 자원 할당이 host 침투에 미치는 영향을 simulation함

결과

크게 4 그룹으로 나눠서 전사체 분석 (좌), In planta에서 hyphal apex vs. center 간 대사적 이질성

1. 중앙과 가장자리 균사 사이의 유전자 발현이 in vitro에 비해 in planta에서 훨씬 뚜렷한 분화를 보였음
2. Hyphal cell 간에 metabolic heterogeneity(대사적 이질성)이 나타남
3. 균사의 중심부가 없어지니 식물 감염 속도가 느려짐
4. Multicell hyphae model 을 이용한 simulation 결과 협력이 기주 감염시 생장을 촉진시킴을 확인

in planta에서 자란 균사를 다양하게 절단하여 생장 속도 비교

결론

다세포 수준에서 곰팡이 균사 간의 협력은 기주 감염 및 독성을 지원하는 메커니즘임

 

참고문헌

Peyraud, R., Mbengue, M., Barbacci, A., and Raffaele, S. (2019). Intercellular cooperation in a fungal plant pathogen facilitates host colonization. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 3193-3201. doi:10.1073/pnas.1811267116.

 

Zorrilla, F., Buric, F., Patil, K.R., and Zelezniak, A. (2021). metaGEM: reconstruction of genome scale metabolic models directly from metagenomes. Nucleic Acids Research 49, e126-e126. 10.1093/nar/gkab815.