山東大學(xué)劉利靜教授團(tuán)隊(duì)在丁香假單胞菌效應(yīng)蛋白調(diào)控高粱免疫方面取得新進(jìn)展

高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]是全球五大谷類作物之一，也是飼料和燃料的重要原材料。由于高粱具有高產(chǎn)、抗旱和耐鹽堿等特點(diǎn)，成為許多地區(qū)確保糧食安全的理想作物。但是在高粱生產(chǎn)中的侵染性病害是限制其產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一。其中，高粱細(xì)菌性斑點(diǎn)病是由丁香假單胞菌的丁香致病變種Pseudomonas syringae pv. syringae van Hall (Pss van Hall) 引起的。然而，關(guān)于Pss van Hall在高粱中的致病機(jī)理還不清楚。

通過對擬南芥-丁香假單胞菌互作模式系統(tǒng)的研究結(jié)果表明植物免疫主要包括兩個(gè)層次：病原相關(guān)分子模式（PAMP）引發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI）和效應(yīng)蛋白引發(fā)的免疫反應(yīng)（ETI）。病原菌侵染時(shí)，細(xì)胞膜上的模式識別受體 (PRRs) 直接識別PAMPs，從而激活植物的PTI；一些病原菌可以分泌效應(yīng)蛋白來抑制PTI從而成功侵染植物，這一過程被稱為效應(yīng)蛋白觸發(fā)的敏感性（ETS）。在共同進(jìn)化過程中，植物產(chǎn)生R蛋白來識別或感知這些效應(yīng)蛋白，從而引發(fā)ETI來抵御病原菌的進(jìn)攻。然而，目前對于高粱ETS和ETI機(jī)制的研究還相對缺乏，阻礙了高粱病害的防控。

Phytopathology Research發(fā)表了山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院題為“The diverse functions of Pseudomonas syringae syringae van Hall effectors in regulating the plant immune response”的文章。該研究建立了高粱和Pss van Hall的互作體系，發(fā)現(xiàn)Pss van Hall的III型效應(yīng)蛋白在其侵染高粱過程中發(fā)揮著重要作用（圖1）。研究人員通過對Pss van Hall進(jìn)行全基因組測序，并利用其他丁香假單胞菌屬菌株的III型效應(yīng)蛋白序列作為探針，搜索Pss van Hall基因組序列，最終在Pss van Hall基因組中確定18個(gè)Pss van Hall效應(yīng)蛋白。其中，5個(gè)效應(yīng)蛋白AvrE、 HopAH2、 HopAJ2、 HopAK1 和 HopAN1在6種丁香假單胞菌中都存在，因此被認(rèn)為是丁香假單胞菌屬的保守核心效應(yīng)蛋白。而HopAZ1和HopAX1僅存在于侵染單子葉植物的兩個(gè)菌株中，其可能在單子葉植物侵染過程中發(fā)揮重要作用。對高粱-Pss van Hall系統(tǒng)檢驗(yàn)了核心效應(yīng)蛋白HopAJ2和HopAN1及特異效應(yīng)蛋白HopAX1和HopAZ1對病菌侵染的增強(qiáng)或抑制作用（圖2和圖3）。通過探究效應(yīng)蛋白在煙草中誘導(dǎo)超敏反應(yīng)（HR）、PTI marker基因表達(dá)、ROS產(chǎn)生及病原體生長等方面的作用，將Pss van Hall的效應(yīng)蛋白分為細(xì)胞死亡誘導(dǎo)效應(yīng)蛋白和免疫抑制效應(yīng)蛋白。上述研究結(jié)果有助于增強(qiáng)對高粱免疫系統(tǒng)的深入了解，為進(jìn)一步研究高粱ETS和ETI機(jī)理提供了重要的理論基礎(chǔ)。

圖1. III型效應(yīng)蛋白在Pss van Hall侵染高粱中起關(guān)鍵作用

圖2. HopAJ2和HopAN1在Pss van Hall中過表達(dá)減弱病菌對高粱的侵染性

圖3. HopAX1和HopAZ1在Pss van Hall中過表達(dá)增強(qiáng)或減弱病菌對高粱的侵染性

山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉利靜教授為本文通訊作者，博士后王響和已畢業(yè)碩士生顏飛為并列第一作者，碩士生馬國婧和副研究員李愛霞參與了相關(guān)工作。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（32101685和32000224）的資助。山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉利靜教授團(tuán)隊(duì)長期從事植物免疫相關(guān)研究，以高粱為研究材料，利用正向/反向遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)手段深入研究植物抗逆脅迫的作用機(jī)理；利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因編輯等手段篩選優(yōu)異單倍型，創(chuàng)制高粱抗逆新種質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

Wang, X., Yan, F., Ma, G. et al. The diverse functions of Pseudomonas syringae syringae van Hall effectors in regulating the plant immune response. Phytopathol Res. 2023; 5: 63. https://doi.org/10.1186/s42483-023-00218-5