上海交通大學(xué)陳功友團(tuán)隊(duì)揭示條斑病菌克服水稻氣孔免疫的新機(jī)制

　　氣孔是由一對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成的植物葉表皮上的微孔，是植物進(jìn)行氣體交換和水分蒸騰的開關(guān)。作為植物免疫的第一道防線，植物可以主動(dòng)關(guān)閉氣孔來(lái)阻止病原菌的侵入。已有研究表明，植物氣孔的關(guān)閉受多種信號(hào)分子的調(diào)控，包括Ca2+、H+、活性氧（ROS）、脂類、水楊酸（SA）和脫落酸（ABA）等。為了克服氣孔免疫，植物病原菌分泌植物毒素和效應(yīng)物蛋白來(lái)抑制氣孔關(guān)閉。例如，丁香假單胞菌的冠菌素能有效抑制ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉，其效應(yīng)物蛋白HopX1以及辣椒斑點(diǎn)病菌的效應(yīng)物蛋白XopS通過誘導(dǎo)茉莉酸（JA）信號(hào)促進(jìn)氣孔開放。水稻條斑病菌通過葉表面氣孔侵入水稻引起一類嚴(yán)重的水稻病害——細(xì)菌性條斑病，而其效應(yīng)物蛋白對(duì)水稻氣孔作用的分子機(jī)制卻了解甚少。

 

　　近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院/上海市現(xiàn)代種業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心陳功友團(tuán)隊(duì)與美國(guó)南卡羅萊納大學(xué)Zheng Qing Fu（傅正擎）實(shí)驗(yàn)室合作在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊JIPB發(fā)表了題為“TheXanthomonas type III effector XopAP prevents stomatal closure by interfering with vacuolar acidification（黃單胞菌III型效應(yīng)物XopAP通過干擾液泡酸化來(lái)抑制氣孔關(guān)閉）”的研究論文（https://doi.org/10.1111/jipb.13344），揭示了一種具有脂質(zhì)結(jié)合活性的效應(yīng)蛋白XopAP在條斑病菌侵染水稻過程中克服氣孔免疫的新機(jī)制。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)XopAP在局部定殖類的葉肉病原菌中保守存在。在噴霧接種病原菌時(shí)，過表達(dá)XopAP的轉(zhuǎn)基因水稻和擬南芥促進(jìn)了氣孔的開放，導(dǎo)致植物的感病性增強(qiáng)，而在SA和細(xì)菌鞭毛蛋白（flg22）脅迫下XopAP轉(zhuǎn)基因植物氣孔的關(guān)閉均受到了干擾。脂類結(jié)合試驗(yàn)顯示XopAP與磷脂酰肌醇3,5-二磷酸[PtdIns（3,5）P2]結(jié)合，且其N端結(jié)構(gòu)域是結(jié)合所必需的。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)XopAP定位在液泡膜，并與V-PPase蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合PtdIns（3,5）P2，從而阻止H+進(jìn)入液泡。SA誘導(dǎo)下XopAP的過表達(dá)水稻和擬南芥液泡的酸化受到了顯著抑制，而PIKfyve抑制劑處理后，液泡酸化的程度恢復(fù)至野生型水平。同時(shí)，對(duì)植物PTI（PAMP-triggered immunity）相關(guān)防衛(wèi)反應(yīng)的測(cè)定顯示，XopAP抑制了由flg22誘導(dǎo)的ROS爆發(fā)、胼胝質(zhì)的沉積以及早期防御相關(guān)基因的表達(dá)。綜上所述，XopAP通過結(jié)合PtdIns（3,5）P2干擾液泡酸化，從而阻止氣孔關(guān)閉以利于病原菌侵染。該研究首次揭示了III型效應(yīng)蛋白以脂質(zhì)作為靶標(biāo)的致病機(jī)理，拓展了植物靶標(biāo)研究領(lǐng)域的認(rèn)知，為植物病害防控提供了新思路。

 

　　聯(lián)合培養(yǎng)博士生劉龍宇為論文第一作者，陳功友和Zheng Qing Fu（傅正擎）為共同通訊作者。江蘇省農(nóng)科院植保所劉鳳權(quán)及其團(tuán)隊(duì)成員也參與了部分研究工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目的資助。