我院劉西莉教授課題組成功揭示了辣椒疫霉效應(yīng)蛋白PcAvh337b靶向擬南芥 AtMBP-1-Nats模塊，進(jìn)而促進(jìn)病原菌侵染致病的分子機(jī)制。該研究首次證實(shí)，AtMBP-1蛋白在植物體內(nèi)真實(shí)存在，且可作為感病因子參與植物免疫調(diào)控；同時進(jìn)一步明確了AtMBP-1的蛋白穩(wěn)態(tài)受到兩種不同N端乙酰轉(zhuǎn)移酶NatA與NatC的拮抗性調(diào)控。這一拮抗性的調(diào)控維持了AtMBP-1在植物體內(nèi)的動態(tài)平衡及相對較低的蛋白水平。相關(guān)成果的發(fā)表，破解了學(xué)界長期以來圍繞AtMBP-1蛋白能否在植物體內(nèi)穩(wěn)定存在的爭議難題。
辣椒疫霉是一種極具破壞性的植物病原卵菌，可以侵染茄科、葫蘆科等70多種植物，給農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。RxLR類效應(yīng)蛋白作為辣椒疫霉重要的致病因子，其變異性極強(qiáng)，功能高度分化。解析該類效應(yīng)蛋白的變異機(jī)制及其在病原菌侵染寄主植物中的生物學(xué)功能，可為植物免疫相關(guān)蛋白的挖掘和作物疫病的科學(xué)防控提供理論支持。劉西莉教授課題組在前期研究基礎(chǔ)上，開展了效應(yīng)蛋白PcAvh337變異及其調(diào)控植物免疫的機(jī)制研究。相關(guān)成果以“Phytophthora effector exploits WY module truncation to manipulate Nt-acetylation-mediated AtMBP-1 turnover and suppress plant immunity”為題，近期發(fā)表在Science Advances期刊。該研究揭示了病原菌通過截?cái)郟cAvh337的WY模塊以促進(jìn)效應(yīng)蛋白的變異和功能分化，并解析了PcAvh337b通過特異性靶向AtMBP-1-Nats分子模塊，打破了植物體內(nèi)NatA和NatC介導(dǎo)的N端乙酰化修飾所維持的AtMBP-1動態(tài)平衡及相對較低的蛋白水平，進(jìn)而抑制植物免疫反應(yīng)并促進(jìn)辣椒疫霉侵染的分子機(jī)制。
該研究通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，篩選獲得兩個具有不同WY模塊數(shù)量的旁系同源RxLR效應(yīng)蛋白PcAvh337a&b。基因組數(shù)據(jù)庫檢索比對發(fā)現(xiàn)，PcAvh337b的C端存在TNT1-94轉(zhuǎn)座子元件插入，導(dǎo)致其編碼蛋白提前終止，造成第3個WY模塊缺失，進(jìn)而形成截?cái)嗟腜cAvh337b。功能研究表明，PcAvh337a&b均是病原菌侵染的關(guān)鍵毒性因子，且功能非冗余（圖1）。
圖1 PcAvh337a和PcAvh337b均是辣椒疫霉侵染的關(guān)鍵效應(yīng)因子
通過寄主靶標(biāo)篩選鑒定到PcAvh337b特異性與植物AtMBP-1蛋白互作。AtMBP-1被報(bào)道通過LOS2選擇性翻譯產(chǎn)生，并參與ABA信號通路的調(diào)控（Kang et al., 2013）；也有研究指出，AtMBP-1在體內(nèi)很難被檢測到，可能并不能通過LOS2選擇性翻譯產(chǎn)生（Yang et al., 2022）。關(guān)于這一爭議，該研究通過PCR擴(kuò)增和IP-MS分析證實(shí)了AtMBP-1在植物體內(nèi)真實(shí)存在（圖2）。同時也首次發(fā)現(xiàn)，AtMBP-1參與植物免疫調(diào)控，其作為感病因子，可以抑制植物免疫相關(guān)基因的表達(dá)。進(jìn)而明確了AtMBP-1蛋白穩(wěn)態(tài)受到兩個不同的N端乙酰轉(zhuǎn)移酶NatA和NatC的拮抗性調(diào)控機(jī)制：NatA介導(dǎo)的N端乙酰化修飾增強(qiáng)AtMBP-1的穩(wěn)定性，而NatC介導(dǎo)的N端乙酰化修飾促進(jìn)AtMBP-1的降解。這一拮抗性的調(diào)控維持了AtMBP-1在植物體內(nèi)的動態(tài)平衡及相對較低的蛋白水平。
圖2 AtMBP-1的轉(zhuǎn)錄和翻譯分析
而效應(yīng)蛋白PcAvh337b能夠特異性靶向AtMBP-1-Nats復(fù)合物，打破NatA和NatC介導(dǎo)的N端乙酰化修飾所維持的AtMBP-1動態(tài)平衡，并通過促進(jìn)AtMBP-1與NatA的結(jié)合，增強(qiáng)NatA介導(dǎo)的AtMBP-1的N端乙酰化修飾和降低AtMBP-1的泛素化修飾水平，以穩(wěn)定感病因子AtMBP-1，進(jìn)而抑制植物免疫反應(yīng)并促進(jìn)辣椒疫霉的侵染。
該研究揭示了病原菌效應(yīng)蛋白變異和擴(kuò)張的具體途徑，解析了效應(yīng)蛋白通過劫持植物感病因子AtMBP-1的N端乙酰化與泛素化修飾的交互調(diào)控系統(tǒng)，精準(zhǔn)調(diào)控AtMBP-1蛋白穩(wěn)定性，從而抑制植物免疫的分子機(jī)制。研究結(jié)果為深入理解病原菌與寄主植物的互作機(jī)制提供了新的視角，也為后續(xù)作物抗病遺傳改良提供了潛在的基因資源和理論支持。
圖3 PcAvh337b調(diào)控AtMBP-1-Nats模塊以穩(wěn)定感病因子AtMBP-1和促進(jìn)辣椒疫霉侵染的模式圖
我院已畢業(yè)博士研究生田嵩為論文的第一作者，劉西莉教授和顧彪副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（32270211）、陜西省自然科學(xué)基金（2022JM-118）和陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃（2020TD-035）的資助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady1482
編輯：劉小鳳
審核：趙 磊
