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植物识别细菌侵染的又一机制被解析！细菌产生的脂肪酸激发植物免疫响应的分子机制学术资讯

花匠小妙招
2024-11-29 13:38

来源：BioArt植物

2020年1月10日，The EMBO Journal 在线发表了中科院微生物研究所、生物互作卓越中心刘俊研究员团队在题为Tyrosine phosphorylation of the lectin receptor-like kinase LORE regulates plant immunity的研究论文，报道了细菌产生的脂肪酸激发植物免疫响应的分子机制。

脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌细胞外膜的一个重要组成部分。在临床上，LPS是激发人体免疫、导致热休克的主要物质。1998年，美国西南医学中心的Bruce Beutler发现了哺乳动物LPS的受体【1】，并因此获得了2011诺贝尔生理或医学奖。尽管很多研究也证实LPS可以在植物中激发免疫响应，但是其受体及激发植物免疫反应的机制一直不清楚。Ranf等人近期报道了植物细胞膜上的一个凝集素类受体激酶LORE可以识别LPS合成过程中游离态的中等碳链长度的3-羟基脂肪酸，其中10个碳的3-OH-C10:0可以显著激活LORE介导的植物防御反应【2,3】。

刘俊课题组研究发现受体LORE具备丝/苏氨酸和酪氨酸双重蛋白激酶活性，3-OH-C10:0处理植物可以引起LORE上的一个酪氨酸位点的磷酸化，该位点的磷酸化是LORE识别3-OH-C10:0所必需的。与动物中的蛋白激酶不同，丝/苏氨酸的磷酸化在植物中较为常见，但是酪氨酸磷酸化非常少见。为了进一步寻找参与LORE识别3-OH-C10:0的下游信号组分，利用免疫沉淀和质谱鉴定的技术，该课题组发现了胞内三个受体激酶PBL34、PBL35和PBL36参与了LORE激活后的下游信号传递，且均能被受体LORE磷酸化。有意思的是，LORE上酪氨酸位点的磷酸化对PBL34、PBL35和PBL36的磷酸化至关重要。遗传学证据进一步支持，PBL34、PBL35和PBL36是LORE下游的关键胞内类受体激酶，且它们的磷酸化修饰激活了植物的免疫响应，实现对入侵的病菌如丁香假单胞菌的防御。

病菌在侵染寄主过程中会分泌一些蛋白去干扰寄主的抗性。这项研究发现了丁香假单胞菌在侵染过程中可以分泌一个磷酸酶，该酶可以直接结合并靶向LORE、去除3-OH-C10:0激发导致的LORE受体上的酪氨酸位点的磷酸化，进而抑制LORE介导的植物免疫，实现侵染。因此，该发现进一步诠释了病菌和植物两者识别和进化的过程，即细菌在合成LPS的过程中不可避免地会产生3-羟基脂肪酸，但是却可以分泌一个蛋白干扰植物的防御过程，进而也使得丁香假单胞菌成为一个具有广泛寄主的致病菌。

图：植物识别病菌携带的脂肪酸的分子机制以及病菌的应对策略。植物受体LORE感受病菌携带的中等链长度的3-羟基脂肪酸，引起LORE酪氨酸Y600位点磷酸化；磷酸化的LORE进一步转移磷酸化胞内类受体激酶，如PBL34,从而进一步激活免疫响应。但是，病菌可以分泌蛋白HopAO1去除LOREY600的磷酸化，抑制免疫反应。

中等链长的3-羟基脂肪酸无疑正成为一类重要的激发植物防御反应的物质，但是还有很多问题尚待回答，如它们是否会被不同种类的植物识别？此外，植物中是否存在解除病菌磷酸酶功能的机制？这些问题的揭示将进一步丰富我们对植物抵御病菌入侵机制的认识，同时也进一步推动了植物识别脂多糖及相关分子的研究进展。

刘俊课题组自2013年在中科院微生物所建立实验室以来，一直致力于研究植物抗病免疫的分子机制，在植物的凝集素类受体激酶介导的先天免疫以及水稻抵抗稻瘟菌侵染的基础免疫方面取得了一系列重要成果，分别发表在Plant Cell (2019)、Plant Physiology (2017)、Plant Journal (2017)、Molecular Plant Microbe Interaction (2016, 2017) 和DNA Research (2018) 等国际主流期刊上。这项研究是刘俊课题组在植物凝集素类受体激酶介导的植物先天免疫领域的又一重要成果。

刘俊课题组的博士生罗旭明、梁颖博和福建农林大学博士生吴薇是该论文的共同第一作者，刘俊研究员为该论文的通讯作者。该项目得到了国家重点研发计划、中科院先导专项和国家自然科学基金等项目的资助。

参考文献：

1. Poltorak, A., He, X., Smirnova, I., Liu, M.Y., Van Huffel, C., Du, X., Birdwell, D., Alejos, E., Silva, M., Galanos, C., et al. (1998). Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: mutations in Tlr4 gene. Science 282, 2085-2088.

2. Ranf, S., Gisch, N., Schaffer, M., Illig, T., Westphal, L., Knirel, Y.A., Sanchez-Carballo, P.M., Zahringer, U., Huckelhoven, R., Lee, J., et al. (2015). A lectin S-domain receptor kinase mediates lipopolysaccharide sensing in Arabidopsis thaliana. Nature immunology 16, 426-433.

3. Kutschera, A., Dawid, C., Gisch, N., Schmid, C., Raasch, L., Gerster, T., Schaffer, M., Smakowska-Luzan, E., Belkhadir, Y., Vlot, A.C., et al. (2019). Bacterial medium-chain 3-hydroxy fatty acid metabolites trigger immunity in Arabidopsis plants. Science 364, 178-181.

原文链接：

https://www.embopress.org/doi/10.15252/embj.2019102856

来源：bioartplants BioArt植物

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