重磅！国内植物领域再发Cell, 发现一种病原微生物感染植物新机制

北京时间2023年6月26日晚，中国科学院生物物理研究所王艳丽团队与合作者在Cell杂志在线发表论文，首次发现在疫霉属病原微生物中，普遍存在一类WY1-(LWY)n效应子蛋白, 通过保守的PP2A interacting module 挟持并利用宿主细胞中的PP2A核心酶，操纵宿主细胞的磷酸化水平。

中国科学院生物物理研究所王艳丽研究员与英国塞恩斯伯里实验室(The Sainsbury Laboratory)马文勃教授为该文通讯作者，英国塞恩斯伯里实验室博士后李辉以及中国科学院生物物理所博士生王金龙为该文共同第一作者。

疫霉 (Phytophthora) 可以感染包括马铃薯、大豆、玉米、水稻和小麦等多种粮食作物。疫霉的大面积感染，会导致多种粮食作物大面积减产，对全球粮食安全构成了严重威胁。疫霉感染植物过程中，为了有效侵染宿主，会向宿主细胞中分泌一大类蛋白分子，即效应子（effectors）。效应子通过操纵宿主细胞的免疫相关分子，进而干扰植物细胞的免疫防御过程，从而使得病原菌更容易侵染植物。

为了进一步探究效应子与特定宿主分子的相互作用，在本研究中，研究人员以来自大豆疫霉 (Phytophthora sojae) 的效应子PSR2为研究对象，通过免疫共沉淀检测以及肽谱分析鉴定，发现其可以挟持宿主细胞中的PP2A核心酶，并形成一种非传统型的全酶形式。利用该全酶，疫霉操纵了宿主细胞的磷酸化水平，可能干扰了宿主细胞的某些代谢通路，使得病原微生物更易侵染植物。

图1：PDF1(1-390)-PSR2(59-670)二元晶体复合物结构

研究人员还利用晶体学手段，解析了2.3埃PSR2-PDF1二元复合物晶体结构（图1），发现PSR2的LWY2-LWY3 (命名为PP2A interacting module) 形成的凹槽形结构，与内源B亚基竞争结合相同的位点，结合位点都位于A亚基的N端。在竞争结合过程中，PSR2可以有效的竞争掉内源全酶中的B亚基。此外，通过序列比对以及结构叠合分析，研究人员发现PP2A interacting module这个区域的氨基酸在已鉴定的WY1-(LWY)n效应子蛋白中，具有较高的结构，序列保守性。研究人员将筛选出保守性较高的15个效应子蛋白，通过体内生化实验一一鉴定。发现了其中12个也具备挟持宿主细胞中的PP2A核心酶的功能。为了进一步验证该结论，研究人员选出了其中一种蛋白PITG_15142，并拿到了该蛋白的晶体结构。通过结构分析以及体外生化实验证实了PP2A interacting module 的保守性。

总之，本论文首次揭示了在疫霉属中，普遍存在一类WY1-(LWY)n效应子蛋白, 通过保守的PP2A interacting module 挟持宿主细胞中的PP2A核心酶，并形成一种非传统型的全酶形式，利用宿主细胞的PP2A核心酶，干扰宿主细胞的某些免疫防御过程，使得病原微生物更易侵染植物（图2）。

图2：效应蛋白挟持宿主PP2A核心酶示意图

该研究不仅揭示了植物中的PP2A核心酶是一个容易被病原菌利用的靶点，同时阐释了病原菌效应蛋白在长期进化中保持功能多样性的适应策略。疫霉的感染是全球植物健康和粮食安全的主要威胁。本论文发现可以为植物病原菌防御提供重要理论支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.049

转自：“iPlants”微信公众号

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