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顶刊综述丨南京农业大学(IF:78): 微生物病原体逃避植物免疫(国人佳作)

花匠小妙招
2024-09-13 21:09

编译：微科盟小木，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

微科盟原创微文，欢迎转发转载，转载须注明来源《微生态》公众号。

导读植物病原病毒、细菌、真菌和卵菌在自然生境和农业环境中引起破坏性疾病，从而威胁植物生物多样性和全球粮食安全。植物对微生物侵染的感知和反应能力决定了植物-微生物相互作用的结果。宿主适应的微生物病原体利用各种感染策略来逃避或对抗植物免疫，并最终建立一个复制生态位。通过抑制宿主识别或随后的免疫信号传导和防御执行来逃避植物免疫是不同微生物病原体引起疾病的关键感染策略，是有效部署宿主遗传抗性基因以实现疾病可持续控制的重大障碍。本篇综述讨论了微生物病原体用来逃避复杂的植物免疫网络以实现成功感染的各种策略的当前知识。此外，我们还讨论了如何利用这些知识来设计作物抗性。

论文ID

原名：Evasion of plant immunity by microbial pathogens

译名：微生物病原体逃避植物免疫

期刊：Nature Reviews Microbiology

IF：78.297

发表时间：2022.3

通讯作者：王源超

通讯作者单位：南京农业大学

DOI号：10.1038/s41579-022-00710-3

综述目录

1 前言 2 植物免疫系统 3 逃避植物免疫识别 3.1 逃避PRR介导的检测 3.2 逃避NLR介导的检测 4 植物免疫信号的调节 4.1 破坏免疫信号组分 4.2 重新编程宿主转录组 4.3 重新布线宿主植物激素信号传导 5 解除植物免疫输出 5.1 细胞壁修饰 5.2 干扰植物水解酶 5.3 解毒抗菌分子 5.4 利用宿主RNA沉默 5.5 植物微生物群的调节 6 结论与展望

主要内容

1 前言

植物与由共栖、共生和致病微生物组成的复杂微生物群密切相关。植物病原微生物包括病毒、细菌、真菌和卵菌，它们在生活方式、致病策略和靶向宿主组织目标宿主组织方面存在差异。为了在易感植物中引起疾病，微生物病原体在确定的环境条件下部署毒力因子，促进感染。这种宿主、病原体和环境之间复杂的相互作用称为“疾病三角”。在病原体大量繁殖的条件下，传染性病原体可造成大量作物损失和生态系统破坏(BOX 1)。为了抵御多种微生物病原体，植物进化出了强大的先天免疫系统。植物免疫反应大致可分为三个阶段：免疫识别、信号整合和防御执行(图1)。免疫识别是由植物免疫受体介导的，它们在细胞表面或细胞内感知微生物衍生的分子。潜在病原体的检测激活复杂的信号转导网络，最终触发抗菌防御的执行。 为了破坏植物免疫，宿主适应的微生物病原体已经开发出多种策略。 例如，许多微生物通过去除或修饰免疫原性微生物分子以使其不再激活植物免疫受体来逃避检测。细菌、真菌和卵菌病原体使用的另一种常见策略是分泌效应蛋白，这些效应蛋白通常被导入或转运到宿主细胞中，在那里它们操纵宿主细胞生物学。效应因子可以靶向和破坏植物免疫反应的任何阶段，以促进微生物逃避宿主免疫。

在本篇综述中，我们讨论目前关于微生物逃避植物免疫的知识。我们重点介绍了微生物效应物如何操纵涉及免疫感知、信号整合和防御执行的宿主细胞过程的最新发现。最后，讨论了我们对植物-病原体相互作用的理解的最新进展如何在实践中用于防止微生物病原体逃避植物免疫系统。

BOX 1 免疫逃避对植物病害流行的影响。 植物病害往往是制约作物生产的主要因素，破坏重要作物的病害对粮食安全构成巨大威胁。植物病害对人类历史产生了深远的社会经济影响。例如，19世纪40年代发生在爱尔兰的大饥荒导致近100万人死亡。这一流行病是由马铃薯晚疫病菌Phytophthora infestans的爆发引起的，该病菌会破坏处于任何发育阶段的马铃薯叶、茎和块茎。在马铃薯晚疫病防治中，已投入大量精力培育抗性宿主；然而，它仍然是马铃薯生产的主要威胁，每年造成数百亿美元的损失。植物的积极抗性依赖于宿主对病原体的有效识别。目前发现的大多数抗性基因编码NOD样受体(NLRs)，只有当匹配的无毒基因产物(即病原体无毒(AVR)蛋白)存在时，NLRs才有效。在田间，微生物病原体不断获得新的性状，有时会通过逃避宿主的检测和防御而导致宿主抗性的破坏。逃避宿主免疫是微生物病原体成功感染植物的关键，这是植物抗性基因部署面临的一个重大挑战。例如，20世纪初以来，从茄属植物(Solanum)中克隆出了20多个抗马铃薯晚疫病的基因。不幸的是，大多数已被P. infestans的快速进化所克服。这一长期问题适用于各种微生物病原体的管理，如大豆疫霉(Phytophthora sojae)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)。尽管不断努力培育新的抗性品种，但病原体已被证明具有弹性和适应性。加强植物微生物抗性的创新方法对于确保全球粮食安全至关重要。

2 植物免疫系统

潜在病原微生物及其宿主的共同进化形成了一个具有高度弹性的两层植物先天免疫系统。细胞表面模式识别受体(PRRs)介导对称为微生物相关分子模式(MAMPs)的保守微生物表面结构的识别，从而引发模式触发的免疫反应(PTI)(图1)。PTI对无法破坏宿主免疫系统(宿主不适应的病原体)的微生物入侵者具有完全免疫力，对宿主适应的病原体具有部分免疫力。后者的病原体已经进化出逃避PTI的手段，并通过分泌到质外体或传递到植物宿主细胞的效应物感染宿主。反过来，植物也进化出NOD样受体(NLRs)，它们可以直接或通过效应物诱导的宿主结构修饰来感知微生物效应物。第二层植物免疫被称为效应子触发免疫(ETI)。根据氨基端结构的不同，NLRs可分为coiled-coil(CC)、TOLL-白介素-1受体(TIR)和RPW8样CC(CCR) NLRs。在拟南芥中，CCR型NLRs的两个亚家族(ADR1和NRG1型)在许多sensor CC NLRs(CNLs)和TIR NLRs的下游起作用，因此被认为是辅助型NLRs(hNLRs)。此外，称为NRCs(细胞死亡所需的NLRs)的CNL亚家族构成另一类作用于茄科sensor CNLs下游的hNLRs。sensor NLRs和hNLR NRG1在质膜上通过配体诱导形成低聚物，并形成钙离子渗透通道，从而触发ETI和细胞死亡。

虽然PTI和ETI被定义为植物免疫的两个独立分支，但PTI或ETI激活后诱导的防御输出非常相似，表明免疫受体激活后信号事件趋同(图1)。在拟南芥中，PTI和ETI途径的相互增强是有效防御宿主适应的微生物病原体所必需的，这进一步表明植物免疫的两个分支之间存在机制联系。对ETI和PTI之间机制联系的新见解以及MAMPs和效应物之间的模糊区别，削弱了植物免疫的两个主要独立分支的概念。相反，植物免疫应该被视为功能相互依赖的分支的统一系统，这些分支共同提供对微生物感染的抗性(图1)。

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图1 逐步激活植物先天免疫。

微生物入侵过程中植物先天免疫系统的激活可分为三个阶段:免疫识别、信号整合和防御执行。在第一阶段，植物利用大量的细胞表面和细胞内免疫受体来感知微生物衍生的或宿主衍生的分子模式(微生物相关分子模式(MAMPs)和损伤相关分子模式(DAMPs))，或微生物效应因子(包括胞外效应因子和细胞内效应因子)。大多数病毒通过载体传播到宿主植物中，病毒在宿主植物中产生免疫抑制因子以促进感染。革兰氏阴性细菌效应因子通过III型分泌系统(T3SS)转运到宿主细胞中，丝状真菌和卵菌通常形成宿主细胞质膜内陷，称为吸器。效应物易位发生在宿主膜和吸器膜之间。细胞表面受体，称为模式识别受体(PRRs)，通过其胞外结构域直接与MAMPs或DAMPs或外质体效应因子结合。细胞内免疫受体，主要是NOD样受体(NLRs)，通过直接结合效应蛋白或感知宿主靶标的调控来识别传递到宿主细胞内的效应因子。

随后，免疫受体的激活启动了免疫系统激活的第二阶段。植物已经开发出复杂的信号转导网络来整合识别不同模式和效应因子的不同免疫信号。在这个阶段，各种免疫信号事件被激活，如钙通量、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联激活、宿主转录和植物激素信号转导的激活。微调不同信号之间的串扰使植物免疫信号网络具有高度的弹性和稳健性，从而在植物的每个细胞区室中实现快速有效的防御执行(第三阶段)。植物免疫反应包括但不限于细胞壁强化、活性氧(ROS)产生、RNA干扰、蛋白酶和蛋白酶抑制剂的分泌、抗菌化合物的合成和植物微生物群落稳态。这些免疫反应共同协调针对微生物感染的适当宿主反应。PRR介导的MAMPs或DAMPs识别引发模式触发免疫(PTI)，NLR介导的通路触发效应子触发免疫(ETI)。适应的微生物病原体将效应因子传递到植物中，在每个阶段调节宿主抗性。箭头表示信号转导或补偿或协同串扰。抑制线表示微生物效应物对宿主抗性的抑制。蓝色菱形表示在植物细胞外区域起作用的质外体效应物，包括水解酶、蛋白酶抑制剂、毒素和无特定基序的分泌蛋白。粉红色钻石表示可以被PRRs识别的质外体效应物。蓝色方块表示由微生物病原体分泌到植物细胞中的细胞内效应物。粉红色方块表示可以被植物NLR识别的细胞内效应因子(也称为无毒效应因子)。黄色菱形表示无毒效应因子(包括守卫者和诱饵)激活NLR所需的宿主因子。

3 逃避植物免疫识别

植物拥有大量的基因编码假定的细胞表面和细胞内免疫受体，这使它们能够检测各种危险信号，从而有效抵御微生物感染。但这也导致了强大的选择压力，驱使微生物病原体逃避植物免疫识别。

3.1 逃避PRR介导的检测

PRRs对微生物入侵模式的有效感知对于PTI的激活是必要的。为了成功地定殖植物，宿主适应的微生物病原体进化出各种策略来防止PRR的识别和激活(图2)。其中许多策略涉及改变、隔离、降解或阻止MAMPs的释放。 MAMPs的典型例子包括来自细菌鞭毛蛋白的免疫原性表位flg22和真菌细胞壁释放的几丁质寡聚体，它们分别被植物富含亮氨酸的重复受体样激酶FLS2和含有赖氨酸基序的受体识别。序列多样化使flg22不能被FLS2识别，如Ralstonia solanacearum。为了减少MAMP的产生，丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)AlgU在感染期间下调鞭毛蛋白的表达。此外，丁香假单胞菌还分泌碱性蛋白酶ArpA以降解鞭毛蛋白单体。植物分泌的β半乳糖苷酶1 (BGAL1)靶向鞭毛蛋白O-聚糖释放表位flg22。一些细菌病原体通过改变鞭毛蛋白的糖基化或产生BGAL1抑制剂来减少flg22的释放。相反，一些真菌病原体通过分泌裂解宿主几丁质酶的蛋白酶来阻止几丁质寡聚体的释放。真菌病原体会分泌一些几丁质结合效应物，如黄枝孢霉(Cladosporium fulvum) Avr4保护真菌细胞壁不被宿主几丁质酶水解，黄枝孢霉Ecp6隔离释放的几丁质寡聚体以干扰植物受体对几丁质的感知。真菌病原菌还分泌具有几丁质酶活性的效应物，将几丁质寡聚体降解为小分解产物，或分泌多糖去乙酰化酶，将几丁质寡聚体去乙酰化为壳聚糖，触发植物免疫的效果较差。对于其他示例，我们建议读者参考最近的一篇综述，该综述全面总结了逃避PRR识别的细胞外策略。调节PRR已经成为微生物病原体逃避宿主检测的另一种重要策略。例如，细菌病原体丁香假单胞菌分泌III型效应因子(T3Es)来抑制PRRs的丰度。HopU1编码一种单-ADP-核糖基转移酶，该酶通过破坏RNA结合蛋白GRP7与FLS2转录物之间的联系来减少丁香假单胞菌感染期间FLS2的积累。AvrPtoB具有E3泛素连接酶活性，可以靶向几种PRRs(如FLS2)，用于泛素介导的降解。许多PRRs，包括FLS2，编码细胞内激酶结构域，因此被归类为受体样激酶。PRR激酶结构域是几种细菌效应因子的共同靶点。例如，丁香假单胞菌T3E HopAO1编码一种酪氨酸磷酸酶，该酶可防止FLS2的酪氨酸磷酸化。 72051671837397214

图2 微生物病原体具有多种机制来逃避植物PRR介导的识别。

以植物识别两种充分表征的微生物相关分子模式(MAMPs)为中心的微生物逃避机制示例；即flg22和几丁质。举例说明，包括MAMPs的演化。例如，来自细菌鞭毛蛋白的免疫原性表位flg22在细菌病原体中表现出序列多样性，从而减弱或消除同源受体FLS2的免疫识别。另一种策略涉及抑制MAMP前体的生物合成。例如，丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)AlgU在感染过程中通过下调鞭毛蛋白的表达来抑制免疫激活。或者，也可以降解MAMP前体。例如，丁香假单胞菌分泌碱性蛋白酶ArpA，降解鞭毛蛋白单体。此外，微生物病原体通过翻译后修饰(PTMs)阻止MAMPs的释放。例如，鞭毛蛋白的糖基化阻止了免疫原性表位的水解释放。通过抑制宿主水解酶也可以防止MAMPs的释放。例如，丁香假单胞菌产生抑制剂半乳糖苷以防止植物水解酶β-半乳糖苷酶1(BGAL1)介导的flg22从糖基化鞭毛蛋白聚合物中释放。另一种防止MAMPs释放的策略涉及到宿主水解酶的裂解。如尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)分泌金属蛋白酶Mep1和丝氨酸蛋白酶Sep1，裂解番茄几丁质酶，减少几丁质的释放。MAMPs也可以通过质外体效应因子与宿主酶隔离。例如，Cladosporium fulvum Avr4保护真菌细胞壁中的几丁质免受番茄几丁质酶的侵害。此外，MAMPs也可以被修饰。例如，真菌病原体(如Verticillium dahliae和F. oxysporum)通过分泌的多糖去乙酰化酶PDA1将几丁质寡聚物去乙酰化成壳聚糖，以逃避几丁质受体复合物的识别。在另一种情况下，真菌病原体分泌几丁质酶样效应物(EWCAs)来降解几丁质寡聚物。此外，真菌病原体分泌大量含有赖氨酸基序的效应物来隔离几丁质寡聚体，防止几丁质寡聚体与宿主受体结合。进一步的策略是防止模式识别受体(PRRs)的积累。例如，丁香假单胞菌效应因子HopU1通过与RNA结合蛋白GRP7的关联，减少FLS2的积累，从而降低FLS2的转录。或者，PRR被分解。例如，丁香假单胞菌效应因子AvrPtoB通过泛素化降解FLS2。最后，可以停用PRR。例如，丁香假单胞菌效应因子HopAO1可防止FLS2的酪氨酸磷酸化，这对于防御激活至关重要。

3.2 逃避NLR介导的检测

NLRs是检测细胞内效应物的主要哨兵。公认的效应因子通常被称为无毒(AVR)效应因子，因为它们的检测能激活有效的ETI反应，从而限制感染。NLRs提供的强大保护给微生物病原体带来了强大的选择压力，是宿主-病原体共同进化的主要驱动因素。宿主适应的微生物病原体通过AVR基因的修饰(缺失、序列多样化或转录多态性)、获得上位效应因子或调节守卫者或诱饵来避免或损害ETI(图3)。在多种微生物病原体中经常观察到AVR基因库的进化。基因组研究表明，许多编码微生物病原体效应因子的基因位于高可塑性、重复丰富的基因组区域，这使得效应基因能够快速进化。例如，对致病疫霉菌(Phytophthora infestans)中效应基因的全基因组筛选显示，效应基因主要存在于染色体的基因稀疏或重复丰富的区域，并表现出较高的多样化选择率。在真菌病原体Leptosphaeria maculans中，多个AVR基因存在于A+T等位基因中，其间散布着重复诱导的点突变退化的转座因子，这可能驱动了AVR基因的得失或等位变异。群体研究显示，不同的分子事件支持具有不同毒力的分离株之间的AVR等位基因多态性(图3a)。对于某些AVR基因，基因组中的完全缺失是分子进化的主要类型。对L. maculans种群的研究表明，携带抗性基因RLM1(对L. maculans 1的抗性)的甘蓝型油菜(Brassica napus)的田间分离株中，90%存在AvrLm1位点缺失。AVR基因也可能包含移码突变或转座子插入，导致翻译的提前终止。例如，在AVR-Pita的编码序列中插入Pot3转座子会改变稻瘟病菌田间分离株的AVR表型。就L. maculans中的AvrLm6位点而言，通过重复诱导的点突变产生多个提前终止密码子，导致RLM6介导的抗性破坏。此外，AVR效应因子通过错义突变的积累来逃避检测。在某些情况下，一个或两个氨基酸取代将隐形变异与公认的效应因子区分开来。例如，Hyaloperonospora parasitica效应因子ATR1中的单个氨基酸取代，它位于ATR1和免疫受体RPP1之间界面的中心，大大损害了ATR1和RPP1之间的物理相互作用，是逃避RPP1识别的关键。在另一种情况下，核定位信号的单一替代消除了H. arabidopsidis效应因子RxL103在植物细胞核中的积累，从而阻止了RPP4的识别。大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)效应因子Avr3c中，174残基上的甘氨酸被丝氨酸取代，大大降低了其与宿主靶标Ser/Lys/Arg丰富的蛋白的结合亲和力，从而逃避了Rps3c介导的免疫。在其他情况下，大量替换区分已识别和未识别的等位基因变异。例如，致病疫霉菌效应因子AVR2靶向宿主磷酸酶BSU-LIKE PROTEIN 1(BSL1)，由此产生的复合物被Solanum demissum中的免疫受体R2识别。致病疫霉菌AVR2变体，命名为“AVR2-like”，在成熟蛋白质中有13个氨基酸多态性，并在S. demissum中逃避R2介导的识别。虽然AVR2-like结合了BSL1，但由此产生的复合体不能被R2感知，因此逃避了R2介导的防御激活。微生物病原体也可以通过修饰AVR编码基因的表达来避免ETI的激活(图3b)。例如，在拟南芥中逃避RPP4介导的抗性与拟南芥分离株中RxL103表达的缺失有关。在AVR-Pita1的情况下，在启动子区插入一个转座子会阻止该基因在M. oryzae毒力分离株中的转录。大豆疫霉菌AVR基因Avr3a/5的表达缺失归因于启动子区域的重排(插入或缺失)或小RNAs的积累。AVR基因表达也受表观遗传修饰的调控。例如，大豆疫霉菌Avr1b在毒力分离株P6497中的表达减少与组蛋白H3甲基化增加相关。另一种逃避ETI的策略涉及获得结合或调节NLRs或AVR效应因子的上位效应物(图3c)。丁香假单胞菌T3E HopZ3编码乙酰转移酶。HopZ3物理结合AvrB3-RPM1免疫受体复合物，并乙酰化AvrB3残基，这对免疫激活至关重要。Xanthomonas oryzae转录激活因子样(TAL)效应物的氨基和羧基末端缺失会干扰水稻Xa1介导的TAL效应物识别。IPI-O是P. infestans中的一个多基因家族，包括三个类别。I类和II类中的IPI-O变体，如IPI-O1，在马铃薯中引发Rpi-blb1(也称为RB)依赖性抗性，而III类变体，如IPI-O4，逃避Rpi-blb1的识别。IPI-O4与植物中的Rpi-blb1相互作用并阻止其激活，可能是通过削弱Rpi-blb1的寡聚化。因此，具有IPI-O4的P. infestans分离株克服了马铃薯中Rpi-blb1介导的抗性。在另一个例子中，L. maculans分泌的AvrLm4-7是AVR效应因子AvrLm3(也称为Ecp11-1)和AvrLm5-9的结构类似物，并分别抑制同源免疫受体Rlm3和Rlm9对它们的识别。

许多NLRs通过监测被称为守卫者或诱饵的潜在效应靶标来间接检测AVR效应物。一个典型的例子是质膜锚定蛋白RIN4。RIN4可以被认为是一个枢纽，因为它被多种毒力效应因子(AvrB、AvrRpm1、AvrRpt2和AvrB3)靶向，并被不同的NLRs (RPS2和RPM1)保护。丁香假单胞菌的AvrRpt2是一种木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶，可裂解RIN4，从而激活由NLR保护RPS2介导的ETI。然而，单ADP核糖基转移酶HopF2抑制AvrRpt2介导的RIN4裂解，从而干扰这种识别。类似地，丁香假单胞菌中两个不相关的T3Es(AvrB和AvrRpm1)对RIN4的磷酸化激活了RPM1介导的拟南芥抗性。然而，AvrRpt2对RIN4的裂解阻断了AvrRpm1和AvrB依赖的RPM1的激活。因此，AvrRpt2的存在降低了RPM1介导的抗性。在另一个例子中，上述HopZ3还通过RIN4的乙酰化和干扰RIN4的磷酸化来抑制RPM1介导的抗性。已针对多种微生物病原体描述了获取毒力效应因子来掩盖对其他AVR效应因子的识别，这说明了这种免疫逃避策略的重要性，尽管在许多情况下，其潜在机制仍有待确定。

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图3 微生物逃避宿主NLR受体介导的识别。

a微生物病原体通过效应编码基因的突变逃避宿主NOD样受体(NLR)介导的识别，包括产生完整但不被识别的效应蛋白的错义突变、无毒基因(AVR)的完全缺失或导致蛋白截短的突变(例如，移码突变或转座因子(TE)插入突变)。给出了AVR-NLR直接识别和AVR宿主因子NLR间接识别方法。b微生物病原体通过调节效应基因表达逃避宿主识别。调节效应基因表达的机制包括启动子的改变(例如，在启动子区域插入TEs或删除必要的片段)；表观遗传修饰，如组蛋白甲基化(组蛋白H3 Lys27三甲基化)和小RNAs介导的跨代基因沉默。c病原体可以通过分泌干扰AVR效应物识别的上位效应物来逃避检测。Phytophthora infestans IPI-O4与NLR受体结合并抑制NLR寡聚化。丁香假单胞菌HopZ3通过乙酰化AVR效应因子、NLR受体和/或守卫者或诱饵来避免免疫激活，而AvrRpt2或HopF2则通过促进或抑制守卫者或诱饵的裂解来使宿主免疫失效。

4 植物免疫信号的调节

免疫受体检测微生物感染会启动动态和相互关联的信号级联。对该网络的严格调控是启动有效免疫反应的先决条件。正因如此，微生物病原体已经进化出破坏宿主信号调节网络稳健性的策略(图4)。 72641671837397586

图4 植物免疫信号的调节。

宿主适应的病原体使用多种效应因子干扰植物的免疫信号转导。免疫抑制机制包括但不限于通过裂解共受体BAK1(HopB1)或破坏模式识别受体(PRR)共受体复合物(AvrPto和AvrPtoB)来抑制模式触发的免疫；尿苷酰化(AvrAC)、裂解(AvrPphB)、降解(RipAC)或阻断受体胞质激酶(RLCKs)的活化；通过阻断NOD样受体(NLR) 共伴侣蛋白SGT1(RipAC)或热休克蛋白90(HSP90)(HopBF1)的磷酸化来抑制效应因子触发的免疫；EDS1-PAD4复合物(Phytophthora capsici Avh103)的破坏；辅助型NLRs失活(hNLR；AVRcap1b和SS15)；通过抑制磷酸化(中国番茄黄曲叶病毒的βC1)或化学修饰(如ADP-核糖基化(HopF2)或去磷酸化(HopA1))来阻断丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路；干扰植物激素途径，如操纵植物激素合成(水杨酸(SA) Cmu1、VdIsc1、PsIsc1和C4；乙烯(ET) Avh238)；促进植物激素分解(茉莉酸(JA-)Abm)；干扰植物激素感知(木尔坦棉花曲叶病毒β卫星的JA-βC1)或激素相互作用(SA-JA HopX1和毒素)；通过表观遗传修饰(Phytophthora sojae Avh52和Avh23)、选择性剪接(SRE3和Avr3c)或靶向(XopD、AvrPtoB、RxLR48和PsCRN108)或模仿(转录激活因子样(TAL)效应物)宿主转录组件来重新编程宿主转录。实线箭头表示已建立的信号转导关系；虚线箭头表示从遗传研究推导出的关系。卵菌效应物显示为红色，真菌效应物显示为暗红色，细菌效应物显示为黑色，病毒效应物显示为紫色，线虫效应物显示为蓝色。12OH-JA，12-羟基茉莉酸；ACC，1-氨基环丙烷-1-羧酸；ACS，1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶；DAMP，损伤相关分子模式；DDHB，2,3-二氢-2,3-二羟基苯甲酸甲酯；JA-IIe，茉莉酸-异亮氨酸；JAZ，茉莉酸ZIM结构域蛋白；MAMP，微生物相关分子模式；MAPKK，MAPK激酶；MAPKKK，MAPK激酶激酶。

4.1 破坏免疫信号组分

微生物效应物库的一个关键作用是规避植物PTI。许多来自不同微生物病原体的效应因子靶向中枢信号组分，如BRI1相关激酶1(BAK1)、BOTRYTIS诱导激酶1(BIK1)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)。BAK1作为多个PRRs的共同受体，在由多个MAMPs触发的信号传导中不可或缺。BAK1被几种不相关的细菌效应物靶向，包括AvrPto、AvrPtoB、HopF2和HopB1。AvrPto和AvrPtoB通过阻断BAK1-PRR复合物的形成来抑制免疫反应，而HopB1与PRR FLS2组成相关，并裂解免疫激活的BAK1。BIK1是植物免疫的主要调节因子，直接作用于PRRs和BAK1的下游。在感知配体后，BIK1经历快速磷酸化和单泛素化，并从PRR共受体复合物中释放，激活免疫信号。黄单胞菌(Xanthomonas campestris) 尿苷酸的T3E AvrAC保护BIK1激活环中的保守磷酸化位点，以防止其磷酸化和随后的信号转导。丁香假单胞菌T3E AvrPphB是一种木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶，通过BIK1和同源PBS1样激酶的蛋白水解裂解来抑制PTI。青枯菌(R. solanacearum)T3E RipAC通过抑制E3泛素连接酶PUB4(BIK1稳态的调节剂)使BIK1不稳定。此外，真菌效应物NIS1阻断BAK1和BIK1的激酶活性，从而损害PTI。与PTI一样，病原体效应因子靶向涉及ETI的多个信号通路。例如，青枯菌T3E RipAC靶向抑制skp1的G2等位基因(SGT)，这是多种植物NLR积累和激活的重要调节因子。RipAC与SGT1相互作用，并通过MAPKs阻断SGT1的磷酸化，导致SGT1依赖性ETI反应减弱。热休克蛋白90(HSP90)是SGT1的分子伴侣，是多种植物NLRs成熟所必需的。丁香假单胞菌T3E HopBF1模拟HSP90底物并通过磷酸化使HSP90失活。脂肪酶样蛋白EDS1是整合由NLRs和植物基础防御介导的免疫信号的中心调控节点。EDS1与其他两种脂肪酶样蛋白家族成员PAD4或衰老相关基因101(SAG101)形成异源二聚体，以激活植物免疫反应。辣椒疫霉(Phytophthora capsici)RXLR效应因子Avh103通过与EDS1脂肪酶结构域结合来抑制EDS1介导的反应，从而阻断EDS1-PAD4复合体的形成。另一类与ETI相关的效应靶标是hNLRs，这是许多sensor NLRs介导的ETI完全激活所必需的。NRC hNLRs是茄科植物中CNL信号转导的部分冗余中枢调节因子，可使茄科植物对病毒、细菌、卵菌、线虫和昆虫等多种植物病原体产生抗性。NRC2和NRC3对番茄Prf介导的免疫很重要，而NRC4调节马铃薯Rpi-blb2介导的抗性。此外，这3种NRCs冗余调节多个CNLs的激活，包括来自不同茄科植物的Rx、Bs2、R8和Sw5b。hNLRs的功能冗余增加了植物免疫系统的复杂性和弹性。然而，微生物病原体分泌的效应物靶向并灭活这些NRC节点。例如，P. infestans效应因子AVRcap1b和胞囊线虫效应因子SS15以NRC2和NRC3为靶点，从而阻止激活通过这两个NRC发出信号的sensor NLRs。 MAPK级联激活是PTI和ETI的早期信号事件，随后调控免疫输出，包括胼胝质沉积、激素产生和转录重编程。MAPK级联的激活通常涉及MAPK激酶激酶、MAPK激酶和MAPK的连续磷酸化。相比之下，这个关键的信号节点是进化多样的病原体的靶点，以减弱宿主免疫。例如，丁香假单胞菌T3Es HopA1和HopF2，它们都破坏了由细菌MAMP flg22触发的MAPK信号。HopA1是一种磷酸苏氨酸裂解酶，通过不可逆的去磷酸化直接使MPK3和/或MPK6失活，而HopF2通过ADP核糖基化直接使MAPK激酶5(MKK5)失活。相比之下，丁香假单胞菌T3E AvrB诱导MAPK-MPK4(病原体防御的负调控因子)的激活，以重新编程植物激素信号。此外，致病疫霉菌RXLR效应因子PexRD2和Pi17316分别与MAPK激酶激酶相互作用，促进本氏烟草(Nicotiana benthamiana)和马铃薯(Solanum tuberosum)的侵染。MAPK信号转导也与抗病毒防御有关。番茄黄曲叶β卫星编码的βC1蛋白通过抑制本氏烟草中MKK2和MPK4的激活来干扰宿主免疫。

4.2 重新编程宿主转录组

微生物感染在植物中诱导转录重新编程，这为植物提供了建立快速和适当防御的灵活性。宿主适应的病原体已经进化出各种策略来重新编程宿主转录组，包括转录因子或抑制因子的分泌、干扰宿主转录因子、表观遗传调控和mRNA剪接的调节。鉴于转录因子在调节基因表达中的重要性，微生物病原体经常利用转录因子来操纵宿主基因的转录也就不足为奇了。TAL效应因子是黄单胞菌属(Xanthomonas)和罗尔斯顿菌属(Ralstonia)的毒力因子，作为转录因子激活促进感染的基因转录，如编码SWEET基因的糖转运蛋白。转录抑制因子的例子包括稻瘟病菌M. oryzae分泌的两个效应因子HTR1和HTR2，它们可以重新编程防御相关基因的转录。在另一个例子中，P. sojae Crinkler (CRN)效应因子CRN108靶向HSP的启动子，阻断宿主转录因子HsfA1a的结合，从而阻止HSP基因的转录。微生物病原体也靶向宿主转录调节因子来调节基因表达。例如，X. campestris pv. vesicatoria的T3E XopD通过将宿主转录因子MYB30隔离在核体中来抑制其活性。另一个重要的靶点是病程相关基因非表达子1(NPR1)，它是防御基因的转录协同激活因子，受防御激素水杨酸的调节。在水杨酸存在的情况下，丁香假单胞菌T3E AvrPtoB泛素化NPR1，通过26S蛋白酶体降解该蛋白，从而抑制水杨酸依赖性防御信号。相比之下，P. capsici效应因子RxLR48稳定并促进NPR1的核定位，从而促进感染表观遗传调控已经成为植物-微生物相互作用的关键角色。例如，水稻转录因子WRKY72通过诱导茉莉酸生物合成基因AOS1启动子上的DNA高甲基化来下调茉莉酸信号转导。水稻白叶枯病病原菌X. oryzae pv. oryzae通过诱导WRKY72的表达来表观遗传抑制茉莉酸信号通路，从而利用这一过程。在某些情况下，微生物病原体分泌效应因子来操纵宿主的表观遗传过程。例如，P. sojaeRXLR效应因子Avh52结合并促进大豆乙酰转移酶TAP1的核定位。在早期感染过程中，TAP1的核定位使组蛋白H2A和H3乙酰化，导致促进植物易感性的基因表达增强。P. sojae Avh23是另一种调节宿主基因表达的RXLR效应因子，其通过与乙酰转移酶复合体SAGA的亚基结合来调节宿主基因表达，从而阻断与其功能伙伴GCN5的结合。因此，Avh23可以调节H3 Lys9乙酰化水平，从而导致感染期间的转录组重编程。选择性剪接是一个重要的转录后过程，它可以在不需要新基因的情况下增加转录本的多样性。对感染P. infestans的番茄中mRNA景观进行全基因组分析发现，在感染过程中，感染和模拟处理样本之间有超过5000个基因表现出不同的选择性剪接。此外，P. infestans感染选择性地调节宿主防御和易感基因的选择性剪接，以促进感染。P. infestans的许多RXLR效应因子抑制剪接。其中，剪接调节效应因子3(SRE3)与剪接因子U1-70K结合。同样，P. sojae Avr3c通过结合和稳定剪接体复合物相关的富含Ser/Lys/Arg的蛋白来调节大量大豆基因的选择性剪接。在另一个例子中，T3E HopU1靶向RNA结合蛋白(如GRP70)，已知其可调节拟南芥中的选择性剪接和对丁香假单胞菌的抗性。

4.3 重新布线宿主植物激素信号传导

植物产生多种代谢物，这些代谢物在防御信号传导中起作用。水杨酸、茉莉酸和乙烯是中枢信号分子，协调植物防御不同生活方式的微生物病原体。在双子叶植物中，水杨酸能抵抗生物营养型病原体，而茉莉酸和乙烯通常与对坏死性病原体的防御有关。在水稻等单子叶植物中，水杨酸、茉莉酸和乙烯途径对不同生活方式的病原体都有效。这些信号和其他信号通路之间的相互作用形成了一个复杂的调控网络，为植物免疫提供了基础。越来越多的证据表明，微生物病原体通过破坏植物激素的产生和信号通路来避免宿主免疫激活。一个典型的例子是冠状病毒，一种由多种植物致病性假单胞菌(Pseudomonas spp.)分泌的毒素，它模仿具有生物活性的茉莉酸衍生物茉莉酸-异亮氨酸来抑制植物的抗性。冠菌素(Coronatine)直接与植物茉莉酸受体结合并激活茉莉酸信号转导。冠菌素利用茉莉酸信号和水杨酸信号之间的拮抗作用调节串扰，导致植物气孔和质外体防御受损。重新布线植物激素信号转导的替代方法包括调控植物激素的产生，促进植物激素的分解和中断激素感知或信号通路之间的串扰。例如，玉米黑粉病菌(Ustilago maydis)、黄萎病菌(Verticillium dahliae)和大豆疫霉菌(P. sojae)通过分别使用分支酸变位酶效应因子Cmu1或异分支酶效应因子VdIsc1和PsIsc1降解水杨酸前体，从而减弱植物水杨酸的生物合成和水杨酸信号转导。番茄黄化曲叶病毒C4蛋白从质膜转移到叶绿体中，通过与叶绿体中的钙受体(CAS)相互作用来干扰水杨酸的合成。P. sojae效应因子Avh238破坏1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶(ACS)的稳定性，从而抑制乙烯的生物合成。在水稻侵染过程中，M. oryzae利用分泌的单加氧酶Abm将茉莉酸羟基化成12羟基茉莉酸，以减弱茉莉酸介导的免疫。木尔坦棉花曲叶病β卫星编码的βC1蛋白通过干扰参与植物泛素化的SKP1-CUL1-F-box(SCF)复合体来降解茉莉酸受体COI1。在另一个例子中，丁香假单胞菌T3E HopX1裂解茉莉酸转录抑制因子JASMONATE ZIM DOMAIN(JAZ)蛋白，从而增强茉莉酸信号并抑制水杨酸信号传导。除了水杨酸、茉莉酸和乙烯，微生物病原体还靶向其他植物激素信号通路来调节宿主免疫反应。许多微生物病原体产生生长素或毒力因子干扰植物生长素信号传导。例如，丁香假单胞菌T3E AvrRpt2通过增加植物生长素水平来对抗感染期间的防御。因此，微生物病原体采取了多种策略，通过破坏植物免疫信号网络的多种方面来避免宿主免疫激活，包括MAPK激活、激素信号传导和转录调控。

5 解除植物免疫输出

免疫信号级联的激活最终导致一系列强有力的免疫反应，包括细胞壁的强化、蛋白酶和/或抑制剂的分泌、抗菌分子的释放、沉默小RNAs的产生和植物相关微生物群的调节。宿主适应的微生物病原体逃避宿主免疫输出的影响，以促进生存和繁殖。

5.1 细胞壁修饰

植物细胞壁是由聚合物(纤维素、半纤维素、果胶、木质素、角质和软木脂)组成的复杂网络，形成一个刚性的基质，不仅对结构很重要，而且对保护植物免受生物和非生物挑战也很重要。微生物感染引起植物细胞壁的强化(例如，胼胝质或木质素的沉积)，这提供了额外的障碍并限制微生物对细胞营养物质的获取。微生物病原体通过分泌效应物对抗细胞壁介导的防御。U. maydis效应因子Tin2通过将参与木质素生产的资源重新导向花青素的合成来提高玉米的毒力。Tin2稳定玉米蛋白激酶TTK1，促进花青素的积累，从而消耗木质素生物合成的常见前体。据推测，由此产生的木质素产量减少可能会导致细胞壁通透性增加，从而促进真菌获得营养物质。据报道，Zymoseptoria tritici通过未知机制抑制易感小麦品种叶片中的木质素含量。 除了靶向宿主细胞壁维护外，微生物病原体还利用细胞壁降解酶(包括角质酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶或木质素修饰酶)直接攻击细胞壁。 最近有报道称，卵菌中发现的一种分泌型铜结合溶解性多糖单加氧酶通过裂解果胶促进致病疫霉菌(P. infestans)感染。在另一个例子中，番茄病原菌Pseudocercospora fuligena产生的质外体效应因子Avr4-2可以结合去酯化果胶并防止Ca2+介导的细胞-细胞交界处的交联。真菌内多聚半乳糖醛酸酶协同增强Avr4-2对细胞壁结构完整性的破坏作用。植物已经进化出各种酶抑制剂以抵消感染期间靶向宿主植物的众多微生物水解酶。例如，大豆会产生抑制剂GIP1，其直接结合并抑制P. sojae效应因子XEG1的木葡聚糖酶活性。P. sojae已经进化出自身对抗GIP1的对策，即XEG1旁系同源物样蛋白1(XLP1)。XLP1对GIP1的亲和力远高于XEG1，并能有效隔离GIP1。XLP1本身没有水解酶活性，但充当诱饵效应物以保护XEG1免受GIP1的抑制(图5a)。Phytophthora parasitica中XLP1的对应物也保护XEG1免受本氏烟草中的抑制剂GIP2的影响，这表明Phytophthora病原体使用保守的诱饵策略来逃避宿主免疫。植物还开发了专门的机制来保持细胞壁-质膜的完整性，使细胞信号能够快速传输以应对环境变化。作为应对措施，微生物病原体分泌含有RGD(Arg-Gly-Asp)的效应因子，如致病疫霉菌RXLR效应物IPI-O1，破坏植物细胞壁-质膜的粘附，从而影响植物的免疫反应。

5.2 干扰植物水解酶

植物质外体含有大量宿主蛋白酶，它们通过不同的机制发挥作用，对各种微生物病原体产生抗性。例如，番茄木瓜蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶(PLCP) Rcr3充当诱饵，介导PRR Cf-2的激活，从而获得对叶霉菌C. fulvum的抗性。最近的研究发现，Rcr3可以被番茄枯草杆菌蛋白酶激活，类似于P69B蛋白酶。P69B和相关的枯草杆菌蛋白酶样蛋白酶也可以通过裂解P. infestans质外体效应因子PC2来释放免疫原性肽来激活植物抗性。同样，在玉米中，多个PLCPs介导免疫原性肽Zip1的释放以激活水杨酸信号通路。作为对策，微生物病原体通过阻止质外体蛋白酶的分泌、结合或激活来逃避蛋白酶介导的抗性(图5b)。例如，P. infestans效应因子AVRblb2和P. sojae效应因子Avh240分别靶向宿主PLCP C14和天冬氨酸蛋白酶AP1，以防止蛋白酶分泌到质外体。P. sojae效应因子Avh181靶向SNAP受体复合物，该复合物在囊泡运输中发挥作用，并抑制GIP1和枯草杆菌蛋白酶的分泌，如蛋白酶P69B。微生物病原体也分泌抑制剂使宿主蛋白酶失效。例如，P. infestans分泌Kazal样蛋白酶抑制剂(如EPI1)以抑制P69B，从而阻止Rcr3和PC2的成熟。Pit2由黑穗病真菌U. maydis分泌，是玉米PLCPs的底物模拟物。Pit2过程释放一个完整的肽，其抑制PLCPs以调节宿主免疫。已在几种丝状病原体中观察到效应因子的翻译后修饰(如糖基化)，并已被证明有助于感染。例如，P. sojae产生上述毒性因子XEG1的糖基化和非糖基化形式。宿主天冬氨酸蛋白酶AP5可降解非糖基化XEG1，但对糖基化形式的亲和力较低。糖基化对于XEG1的全部毒力功能至关重要，这表明效应因子的N糖基化是微生物病原体用来逃避宿主抗性的成功策略(图5a)。 78581671837397796

图5 植物免疫输出控制。

宿主适应的病原体进化出许多策略来耐受或逃避宿主免疫输出的影响。a Phytophthora sojae分泌质外体木葡聚糖酶XEG1降解植物细胞壁。大豆分泌质外体蛋白酶GIP1和AP5分别抑制或降解XEG1。为了对抗宿主防御，P. sojae进化出诱饵效应物XEG1样蛋白1(XLP1)，它通过竞争GIP1结合来保护XEG1免受GIP1抑制。此外，P. sojae利用膜定位效应因子Avh181抑制GIP1分泌到质外体中。XEG1也经历N糖基化，保护XEG1不被AP5降解和与GIP1结合。b植物分泌许多防御所必需的质外体蛋白酶。反之，丝状病原体利用不同的策略来干扰宿主质外体蛋白酶。Phytophthora spp.分泌效应因子(如VRblb2、Avh240或Avh181)来抑制不同类型蛋白酶的分泌，包括番茄C14和P69B以及大豆AP1和GIP1。许多真菌或疫霉菌病原体分泌质外体蛋白酶抑制剂。例如，Phytophthora infestans分泌的EPI1抑制番茄枯草杆菌蛋白酶样蛋白酶P69B，该酶处理番茄蛋白酶样半胱氨酸蛋白酶(PLCP) Rcr3或P. infestans质外体效应物PC2，以激活质外体免疫。此外，病原体分泌蛋白酶模拟底物。例如，质外体效应因子Pit2包含14个氨基酸的抑制基序，可作为玉米PLCPs的模拟底物，抑制PLCP活性和水杨酸介导的抗性。c微生物病原体解毒宿主抗菌分子的策略包括解毒宿主代谢产物。例如，Cladosporium fulvum分泌质外体番茄碱酶Tom1，将番茄中的α-番茄碱转化为毒性较小的衍生物。另一种策略是屏蔽宿主抑制剂。Ustilago maydis在玉米中分泌一种质外体效应因子Rsp3，以保护真菌菌丝免受分泌的DUF26结构域家族蛋白AFP1的结合和抑制。微生物病原体还分泌效应物，其通过抑制关键酶(如玉米过氧化物酶POX12或水稻NADP苹果酸酶2)或通过调节ROS生物合成的关键底物来抑制宿主活性氧(ROS)的产生。此外，微生物病原体分泌抗氧化酶(如过氧化氢酶)，或与宿主过氧化氢酶结合的效应物来解毒ROS。另一种策略是增加对氧化应激的耐受性。例如，鞭毛蛋白基因fliC中的腺苷-肌苷RNA编辑会导致Xanthomonas oryzae pv. oryzicola的丝状结构改变，从而增加细菌对氧化应激的耐受性。实线箭头表示已建立的信号传输关系；虚线箭头表示推导出的关系。NAD+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADH，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的还原形式；NADP+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的氧化形式；NADPH，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的还原形式；RBOH，植物还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，属于呼吸爆发氧化酶同源家族。

5.3 解毒抗菌分子

植物合成大量具有抗菌特性的分子。为了破坏这种防御，微生物病原体已经进化出解毒或抵抗抗菌化合物的能力(图5c)。例如，α番茄碱，番茄中的一种主要配糖生物碱，对多种真菌病原体有毒。番茄病原体，如C. fulvum，通过分泌番茄碱酶，将α番茄碱转化为毒性较小的衍生物，从而规避这种防御。在玉米中，分泌的DUF26结构域家族蛋白AFP1与甘露糖结合并表现出对U. maydis的抗真菌活性。然而，U. maydis产生一个含有重复序列的效应因子Rsp3，它被分泌并附着在真菌菌丝上。Rsp3与AFP1结合，从而保护菌丝免受AFP1的抗真菌活性。活性氧(ROS)是一种高活性防御分子，在植物受到微生物感染后迅速产生，通常会导致氧化应激。微生物病原体已经开发出多种策略来逃避感染期间的宿主氧化应激。例如，细菌病原体产生胞外多糖，形成抵御宿主氧化应激的保护层。在U. maydis中，选择性剪接产生核心糖酵解酶甘油醛3-磷酸脱氢酶(GAPDH)的过氧化物酶体亚型，这有助于玉米对氧化应激的耐受性。为了应对氧化应激，在X. oryzae pv. oryzicola的鞭毛蛋白基因flic中诱导了腺苷-肌苷(A-I)的RNA编辑。A-I编辑将FliC残基128从丝氨酸变为脯氨酸，导致纤维结构改变和细菌生物膜形成，从而增加对氧化应激的耐受性。微生物病原体还分泌效应物来阻止宿主ROS的产生、阻断ROS的运输或促进ROS的清除。在植物中，ROS的产生主要依赖于过氧化物酶和/或质膜结合的NADPH氧化酶。U. maydis通过质外体效应因子Pep1直接抑制过氧化物酶POX12来减少玉米中ROS的产生。M. oryzae效应因子AVR-Pii通过抑制水稻NADP-苹果酸酶2来抑制NADPH的产生，NADPH是NADPH氧化酶的电子供体。P. sojae nudix效应因子Avr3b编码ADP-核糖-NADH焦磷酸化酶，该酶可能通过干扰NADH的可用性来减少感染部位的ROS积累。类似地，X. oryzae pv. oryzicola T3E AvrRxo1通过电子载体NAD的直接磷酸化抑制ROS的产生。最近的一项研究表明，P. sojae效应因子CRN78通过水通道蛋白PIP2的磷酸化和随后的降解，抑制本氏烟草中ROS的积累和转运。细菌病原体对氧化应激的感知触发了抗氧化酶的激活，如过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶，它们可以解毒ROS。真菌病原体Blumeria graminis在大麦侵染过程中分泌胞外过氧化氢酶CatB来中和ROS，而P. sojae效应因子CRN63通过与植物过氧化氢酶相互作用促进ROS积累和CRN115相互作用抑制ROS积累。

5.4 利用宿主RNA沉默

RNA沉默是由小RNAs介导的一种主要的植物防御机制，小RNAs直接靶向序列特异性基因进行降解或翻译抑制。在植物RNA沉默过程中，双链RNA (dsRNAs)或发夹RNA被Dicer样(DCL)蛋白酶加工成小RNAs。将所得的小RNAs加载到Argonaute(AGO)复合体中，形成RNA诱导的沉默复合体，该复合体指导靶基因的序列特异性沉默。MicroRNAs和小干扰RNAs(siRNAs)是植物中两种主要的细胞内小RNAs，它们在防御反应中调节基因表达。尽管RNA沉默是植物中公认的抗病毒机制，但植物RNA沉默也被证明在防御细菌和丝状植物病原体中发挥作用。例如，真菌性病原菌V. dahliae感染棉花后，可诱导miR166和miR159的产生。这些microRNAs被传递到V. dahliae中，诱导毒力基因的跨界沉默。类似地，拟南芥分泌细胞外囊泡，将小RNAs传递到灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)和P. capsici以沉默毒力基因。与其他免疫反应一样，适应的微生物病原体已经进化出抑制基于RNA沉默的防御机制。已从不同的微生物病原体中鉴定出许多干扰RNA沉默途径中不同步骤的RNA沉默抑制子。例如，P. sojae分泌RXLR效应因子PSR1，其通过抑制植物内源性siRNA的生物合成来干扰siRNA介导的转基因沉默。番茄萎黄病病毒的沉默抑制因子p22保护双链RNA不被DCL蛋白裂解，而马铃薯病毒X蛋白P25通过蛋白酶体途径促进AGO1的降解。此外，一些沉默抑制因子，如来自丛矮病毒的P19，与小RNA双链结合，阻止RNA诱导的沉默复合物的形成。在另一种情况下，伤害触发本氏烟草中的钙通量激活钙调素CaM3依赖性钙调蛋白结合转录激活因子3(CAMTA3)，导致本氏烟草中RNA沉默和抗病毒反应的激活。然而，多种双生病毒的蛋白V2通过干扰钙调素CaM3和CAMTA3的结合来抑制宿主RNAs沉默机制。病原体还开发了阻断沉默RNAs运输的策略。在拟南芥中，膜定位受体样激酶BARELY ANY MERISTEM 1(BAM1)和BAM2是小RNAs细胞间运动的功能冗余调节剂。这两种受体样激酶被番茄黄化曲叶病毒C4蛋白劫持，以抑制RNA沉默的细胞间运动。值得注意的是，一些病原体并未破坏RNA沉默，而是利用这种沉默机制来靶向宿主转录物。例如，B. cinerea将小RNAs传递到植物细胞中，结合AGO1并沉默防御相关基因。

5.5 植物微生物群的调节

植物微生物群包括促进植物生长和防御的有益微生物。越来越多的证据表明，微生物入侵会导致植物微生物群落的组成和丰度发生显著变化，从而影响植物的免疫功能。例如，H. arabidopsidis对拟南芥叶片的侵染导致根系微生物群中有益细菌的选择性富集。这些微生物协同作用诱导对H. arabidopsidis的系统抗性。同样，P. syringae pv. tomato叶片侵染导致根系分泌物组成改变，并可能因此改变根系微生物群组成。植物免疫的激活也会改变叶片微生物群的组成。例如，A. thaliana rbohD基因敲除或mfec基因敲除植株在植物免疫方面存在缺陷，其微生物组成发生了显著变化，与生态失调或微生物感染相关的叶片组织损伤增加。鉴于微生物群在感染结果中的重要性，微生物病原体已经进化出改变植物微生物群的策略。例如，真菌病原体V. dahliae分泌一种质外体效应因子Ave1，它对有益细菌显示出抗菌活性，并改变宿主微生物群的组成以促进感染。另一种V. dahliae效应因子AMP2也具有抗菌活性，但会分泌到土壤环境中。因此，真菌效应因子可以操纵宿主内外的宿主微生物群。与植物免疫反应的前两个阶段一样，病原体使用不同的机制来阻断防御执行的最后阶段。在微生物效应因子的巨大效应物库中，迄今为止只有一小部分得到了详细描述。大部分效应因子的靶标和作用机制是未知的。未来的研究可能会确定病原体利用效应物破坏植物免疫的更多机制。

结论与展望

由植物病原菌引起的疾病是主要的经济和环境问题。通过抗性育种和基因工程进行的遗传控制被广泛应用于控制农业环境中的疾病发展。然而，对植物防御机制和微生物感染策略的了解有限，这对开发生物技术策略以使植物对快速进化的病原体具有更持久的抵抗力构成了巨大的挑战(BOX 2)。本篇综述重点介绍了目前对微生物植物病原体阻止MAMP触发免疫或ETI激活的复杂分子机制的认识。虽然我们对这一过程的洞察最近以前所未有的速度推进，但仍有待解决的主要开放性研究问题。

BOX 2 提高植物抗性的策略。

为了避免微生物逃避宿主免疫，普遍提倡的提高抗性持久性的策略是堆叠免疫受体基因。例如，将5个NOD样受体(NLRs)转移到面包小麦中，可以对高毒性和侵袭性Puccinia graminis f. sp. tritici分离株产生高水平广谱抗性。在田间，单个P. graminis f. sp. tritici分离株不太可能逃避所有5个抗性基因的识别，因此预计抗性将相当持久。最近的四项研究揭示了拟南芥模式触发免疫和效应触发免疫之间的相互增强机制。因此，将模式识别受体与sensor NLRs结合应用于作物中可能是提高作物抗性的新途径。反对堆叠方法的一个论点是，这种策略对微生物病原体施加了巨大的选择压力，这可能会加速超级病原体的进化并导致无法控制的疾病暴发。

另一种增强免疫反应的策略是使用工程受体。工程sensor NLRs(如Rx和SW5b)，通过逐步人工进化方法扩大了其识别特异性，从而增加了对适应病毒分离株的抗性范围。同样，水稻免疫受体Pikp的结构指导编辑提高了对之前未被识别的AVR-Pik变体的识别能力。工程宿主靶标也被证明是干扰微生物效应活动的成功策略。例如，诱饵工程是一种很有前景的工具，可以扩展免疫受体的效应识别特异性。Pseudomonas syringae pv. phaseolicola的半胱氨酸蛋白酶AvrPphB对拟南芥PBS1的裂解激活了免疫受体RPS5。通过对PBS1中AvrPphB切割位点的改造，使RPS5可以被其他病原体蛋白酶激活，从而使RPS5对其他病原体产生抗性。在另一个例子中，对SWEET基因的启动子区域进行工程改造，使其不再被转录激活因子样效应子识别，从而使水稻对Xanthomonas oryzae pv. oryzae具有广谱抗性。虽然已经确定了许多效应靶点，但只有少数核心靶点参与了对无毒效应物的免疫识别。未来，利用泛基因组学分析等高通量技术对植物的免疫受体和核心信号通路进行分析，可能会识别出精英基因集，从而提高植物对快速进化病原体的免疫力。

首先，我们必须意识到自然界中存在的丰富的微生物效应物和大量的抗性基因提供了很大程度上尚未开发的基因组资源。因此，对新型效应物及其作用模式的不断探索对于学术和应用研究仍然是有帮助的。同样，对于许多微生物效应物来说，它们操纵那些宿主靶标以及它们如何破坏植物的免疫激活都是未知的。更有可能的是，在感染过程中同时转运到宿主植物中的多种效应因子可能协同作用，从而抑制宿主免疫，但是否以及如何实现这一点仍有待确定。换句话说，微生物病原体是如何以协作的方式协调其效应物组合以靶向植物的基本途径尚不清楚。同样，来自相关微生物菌株的同源效应物是否在不同的宿主植物中发挥类似或完全不同的免疫抑制活性应该是未来研究的主题。最近的研究进一步强调，植物微生物群可能会增加植物免疫系统的功效。例如，由镰刀菌(Fusarium)病原体引起的枯萎病被证明可以通过植物微生物群中存在的关键细菌得到缓解。同样，合成微生物群落中的细菌竞争者抵消了真菌和卵菌感染对宿主植物适应性和抗性的不利影响。这些保护作用的分子基础和作用模式是未知的研究领域。这一点，再加上有证据表明微生物病原体通过调节植物微生物群进化出免疫逃避策略，为未来的研究确定了引人入胜的研究目标。总之，深入了解复杂植物-微生物及微生物-微生物相互作用的机制，对于在自然生境和现代农业中制定可持续植物保护策略至关重要。

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