近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)解析了細(xì)菌III型蛋白分泌系統(tǒng)（T3SS）重要組分裂解性轉(zhuǎn)糖基酶的功能機(jī)制。相關(guān)成果以“ Pseudomonas syringae lytic transglycosylase HrpH interacts with host ubiquitin ligase ATL2 to modulate plant immunity”為題，發(fā)表于Cell子刊《Cell Reports》。
T3SS是細(xì)菌重要的蛋白輸出裝置，由30 kb約20個(gè)組分基因組成，負(fù)責(zé)將效應(yīng)蛋白分泌到胞外并注入宿主細(xì)胞。近年來，對(duì)效應(yīng)蛋白的研究已經(jīng)比較深入，但對(duì)于T3SS組分的功能機(jī)制還缺乏足夠了解。本研究前期發(fā)現(xiàn)在T3SS基因簇上存在一個(gè)特異的裂解性轉(zhuǎn)糖基酶編碼基因 hrpH ，該基因編碼產(chǎn)物具有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，可以裂解細(xì)菌細(xì)胞壁并促進(jìn)效應(yīng)蛋白輸出。本研究在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了HrpH蛋白的多功能域特性，結(jié)果顯示HrpH不僅參與調(diào)控效應(yīng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，而且自身也可以轉(zhuǎn)運(yùn)至植物細(xì)胞，其保守的裂解性轉(zhuǎn)糖基酶（SLT）結(jié)構(gòu)域和第148位谷氨酸（E148）催化位點(diǎn)在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中起到關(guān)鍵作用。HrpH蛋白和SLT結(jié)構(gòu)域蛋白在植物質(zhì)外體可以誘導(dǎo)細(xì)胞死亡、抑制由微生物分子相關(guān)模式誘導(dǎo)的基礎(chǔ)免疫反應(yīng)（PTI）和水楊酸（SA）信號(hào)途徑，且這一功能并不依賴E148催化位點(diǎn)。在植物中穩(wěn)定表達(dá)HrpH能夠抑制PTI反應(yīng)和SA信號(hào)途徑，降低植物的抗病能力。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)HrpH可以與植物中的RING-type E3泛素連接酶ATL2互作，且SLT是互作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域。同樣，這一互作也不依賴于E148催化位點(diǎn)。本研究揭示了HrpH在III分泌系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)及其與宿主互作過程中的雙重功能：在細(xì)菌胞內(nèi)，HrpH作為一種裂解性轉(zhuǎn)糖基酶參與T3SS組裝和效應(yīng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)；當(dāng)其與植物互作時(shí)，HrpH作為一個(gè)免疫調(diào)節(jié)子靶向植物泛素連接酶調(diào)控植物免疫。該成果突破了T3SS作為一個(gè)蛋白“注射器”的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，將為深入理解T3SS多功能機(jī)制提供新的思路。
農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊(duì)李俊州助理研究員和天津農(nóng)學(xué)院谷醫(yī)林副教授為共同第一作者，農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊(duì)魏海雷研究員為主要通訊作者（Lead contact），康奈爾大學(xué)植物微生物系張薇研究員為共同通訊作者。該研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家自然科學(xué)基金、中國煙草總公司重大科技項(xiàng)目、貴州省煙草公司遵義市公司重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系北京市特色作物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。本研究是魏海雷研究員團(tuán)隊(duì)持續(xù)解析細(xì)菌與宿主植物互作機(jī)制（Cell Host Microbe, 2015; Cell Reports, 2018; Molecular Plant, 2020; Engineering, 2023; Microbiology Spectrum, 2023ab）的新突破。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115145
