Plant Cell | 一个氨基酸转运蛋白调控植物抗性与生长发育平衡
撰文 | LCH
植物的先天免疫系统使植物能够感知病原体和植食动物的攻击并作出反应。该系统的基本组成部分是模式识别受体控制识别来自攻击者的非自身成分及被攻击后产生的损伤成分。识别这些警报信号后，一个协调细胞防御机制诱导的信号网络被启动，包括活性氧 (ROS) 等的积累和防御相关基因的诱导表达。除了这种模式触发免疫 (PTI) 外，先天免疫也可由病原体效应物触发，受攻击的植物表达一个能够识别这种病原体效应的抗性 (R) 基因，这种先天免疫反应被称为效应触发免疫 (ETI) 。此外植物还可以在遭受生物胁迫后产生诱导抗性 (IR) 。这种抗性基于先天免疫系统，它使植物在遭到二次攻击时产生更快更强的抵抗力。
β-氨基丁酸诱导的抗性(BABA-IR) 是研究植物免疫分子机制的常用模型系统。BABA-IR在40多种植物中具有多种不同类型的抗性。尽管在受到胁迫时植物体内β-氨基丁酸 (BABA) 积累，且植物根系能够从土壤中高效吸收BABA，但相关的转运体还没有被鉴定。同时，高浓度的BABA存在毒性，会导致植株生长被抑制。为了寻找低毒性的BABA类似物，之前的研究者在拟南芥中筛选了一个β-氨基酸库，发现了R-β-高丝氨酸 (RBH) ，它可以诱导拟南芥和番茄对活体营养型和死体营养型病原菌的抗性，而且不影响植物生长。进一步的研究表明，尽管RBH在结构上与BABA相似，但它在拟南芥中抗性产生与BABA不同。但是，RBH在体内的积累和发挥功能的分子机制尚不清楚。
近日，谢菲尔德大学Jurriaan Ton课题组在The Plant Cell杂志发表了题为A single amino acid transporter controls the uptake of priming-inducing beta-amino acids and the associated trade-off between induced resistance and plant growth的研究论文，报道了一个赖氨酸组氨酸转运蛋白LHT1，其在植物生长和诱导抗性的平衡中起着主要调控作用。
作者首先对RBH诱导抗性损伤的拟南芥T-DNA插入突变体进行了全基因组筛选，找到了104个抗性部分损伤的突变体和4个抗性完全丧失的突变体。对这4个抗性完全丧失的突变体进行进一步分析发现，编码了一个酸性和中性氨基酸的高亲和力氨基酸转运体的基因LHT1存在T-DNA插入。通过对突变体和过表达材料中RBH含量的测定发现，过表达材料中的RBH含量显著提高，证明LHT1可以调控植物从土壤中摄取RBH。通过进一步的实验证实，RBH也会抑制植物生长，但拟南芥对RBH的耐受性由LHT1摄取的RBH含量决定，而不是由RBH的分解决定。同时，LTH1也调控植物从土壤中摄取BABA，同样调控了BABA诱导的抗性，是BABA和RBH共同的转运体，RBH与BABA竞争性结合LHT1，且LHT1对于BABA的亲和力高于RBH。
综上，该研究鉴定到了一个调控植物β-氨基酸转运的蛋白LHT1。在植物生长发育的过程中，通过控制LHT1基因的表达，动态调整β-氨基酸诱导的抗性和植物生长之间的平衡。该结果对于利用BABA诱导抗性的农作物的品质改良和产量提高具有重要的价值。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koac271
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