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浙江大学蔡新忠课题组揭示广谱植物免疫激发机制以及植物免疫

花匠小妙招
2024-11-09 14:56

广谱植物免疫的机制解析及利用对作物抗病品种创育及病害绿色防控具有十分重要的理论指导和促进作用。然而，植物如何激发强烈的广谱免疫在很大程度上还未知。

2024年8月27日，浙江大学农业与生物技术学院生物技术研究所蔡新忠课题组在Plant Communications在线发表了题为“Fine-tuning of the dual-role transcription factor WRKY8 via differential phosphorylation for robust broad-spectrum plant immunity”的研究论文，阐明了转录因子WRKY8在广谱植物免疫的产生以及植物免疫与生长的平衡维持中的核心作用，并揭示其对免疫靶基因的双重调控作用及其差异磷酸化精细调控机制。研究发现了多种病原物中保守存在的PAMP——nlp20/24 激活两类激酶CPK4/11和PBL19差异磷酸化WRKY8，分别通过解除抑制机制和增强促进机制协同提高两个PRR基因RLP23和CERK1的转录，从而激发强烈广谱免疫的“一石二鸟”机制。该研究还揭示了植物通过精细调节这两个PRR基因的转录水平，平衡植物免疫和生长的新机制。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101072

首先，本研究鉴定了两个来自核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)的nlp类PAMP短肽SsNLP1/2。SsNLP1/2短肽在拟南芥和油菜中均能激发强烈的免疫反应，包括活性氧迸发、钙内流、MAPK激活、胼胝质沉积等，以及对核盘菌的抗性。包含SsNLP1/2短肽的SsNEP1/2基因的超表达转基因拟南芥植株表现增强的核盘菌抗性。这些免疫反应和抗性的诱导依赖于RLP23。这些结果表明，SsNLP1/2是功能性、核盘菌nlp24类PAMP。本研究进一步鉴定了RLP23在油菜中的两个同源RLP，BnRLP26和BnRLP41。通过构建超表达和CRISPR敲除株系及其接种分析，明确了BnRLP26和BnRLP41正调控油菜对核盘菌的抗性。

SsNLP1/2强烈诱导转录因子基因WRKY8的表达。因此分析了WRKY8在SsNLP1/2触发免疫中的作用。通过WRKY8基因突变体和超表达转基因植株的接种分析，阐明WRKY8对核盘菌抗性起重要正调控作用。接着分析了WRKY8对SsNLP1/2触发免疫的调控机制。有趣的是，SsNLP1/2受体RLP23基因启动子带有WRKY8结合位点W-box。通过EMSA, Dual-LUC和 ChIP-qRCR等分析证实RLP23为WRKY8的靶基因，WRKY8直接负调控RLP23表达。进一步研究揭示SsNLPs激活并诱导了钙依赖性激酶CPK4和CPK11的核易位，CPK4和CPK11通过T210位点直接磷酸化WRKY8，从而抑制了其对RLP23的结合能力，导致其转录抑制的解除。

对植物PRR基因启动子的W-box序列分析及其与WRKY8的结合及转录功能综合分析，发现了WRKY8的另一靶标PRR基因CERK1。值得注意的是，不同于对RLP23的负调控作用，WRKY8正调控CERK1表达。进一步研究发现RLCK激酶PBL19通过T177/T227位点磷酸化WRKY8，从而增强其对CERK1的正调控。综上，SsNLPs通过激活两类激酶分别磷酸化WRKY8，并以不同机制协同促进RLP23和CERK1的转录。有意思的是，在免疫后期，PBL19介导的WRKY8磷酸化增强了对RLP23的表达抑制，使RLP23恢复到正常水平，避免过度免疫造成生长受损。这代表了植物平衡免疫与生长的一种工作机制。

综上，本研究凸显了转录因子WRKY8在两个PRR基因RLP23和CERK1转录中的双重基本调控作用及其受nlp20/24激发的双重磷酸化调控作用，揭示了植物基于精细调控两个PRR基因表达的广谱植物免疫新策略以及生长和免疫之间的平衡维持新策略。根据上述结果，本研究提出了一个植物广谱免疫激发产生工作模型：植物采用“一石二鸟”的策略来获得强大的广谱免疫。正常情况下，WRKY8组成性抑制RLP23，同时促进CERK1略高于正常水平的表达以维持基础免疫。PBL19通过棕榈酰化被锚定在质膜内侧，并与SOBIR1互作。在病原菌侵染后，RLP23识别SsNLPs分子，通过胞质激酶磷酸化激活Ca2+通道导致Ca2+内流，激活CPK4/11并发生核易位，入核后磷酸化WRKY8，从而释放其对RLP23的转录抑制，导致RLP23积累。同时，SsNLPs以某种未知的方式使PBL19去棕榈酰化，释放PBL19随后入核并磷酸化WRKY8，进而促进WRKY8对CERK1的转录。因此，RLP23识别SsNLPs后，通过不同激酶实现WRKY8对两个PRRs的不同方式精细转录调控，实现协同扩增，从而促进广谱植物免疫。在免疫后期，PBL19对WRKY8的磷酸化增强了对RLP23的表达抑制，使RLP23恢复到正常水平，避免过度免疫，保障正常生长。