【Science重磅】马铃薯晚疫病菌的免疫受体被成功鉴定

2023年8月24日，Science在线发表了荷兰瓦格宁根大学Vivianne G. A. A. Vleeshouwers和德国图宾根大学Thorsten Nürnberger联合团队及其合作者题为“Functional diversification of a wild potato immune receptor at its center of origin”的研究论文。该研究成功地鉴定出马铃薯晚疫病菌的免疫受体PERU，它可以识别免疫原性小肽Pep-13，从而诱导马铃薯植物的免疫反应。此外，PERU在不同的物种中具有多样性，揭示了PRR的进化。这些结果促进了我们对晚疫病菌免疫机制的深入了解，为提高马铃薯作物对该病害的抗性铺平了道路。

DOI: 10.1126/science.adg5261

植物细胞表面的模式识别受体（PRR）及其细胞内免疫受体的协同作用，可为植物提供对抗微生物侵染的免疫力。空间上分离的这两类植物免疫受体对植物免疫的协同激活，表明它们存在共同进化。同时，编码细胞表面和细胞内免疫受体的基因数量在整个植物谱系中存在很强的相关性，支持了不同植物细胞区室中发起的免疫反应可相互增强。然而，植物PRR的进化和多样性，仍知之甚少。

卵菌晚疫病菌 (Phytophthora infestans) 是马铃薯作物的一种病原菌，是1800 年代中期爱尔兰大饥荒事件的罪魁祸首。它的细胞壁糖蛋白 (GP42) 可以产生的一种保守的微生物免疫原性小肽Pep-13，由13 个氨基酸组成，并具有转谷氨酰胺酶 (TG) 活性。利用Pep-13或Pep-25（Pep-13的结构衍生物），该研究在马铃薯中成功分离到能感知Pep-13的细胞表面受体PERU。分析显示，PERU是一种富含亮氨酸重复的受体激酶（LRR-RK），属于PRR，可结合 Pep-13 并增强马铃薯对晚疫病菌感染的免疫力；peru突变体可阻碍Pep-13 诱导的细胞死亡、ROS 爆发和乙烯的产生（Figure 1）。

Figure 1. PERU可对 Pep-13作出响应

该研究证实，Pep-13可在体外直接和PERU的胞外结构域结合；但是，Pep-13的W231A突变体不能与PERU结合。接着，该研究发现Pep-13可诱导PERU-SERK3A复合物的形成。利用VIGS，该研究证实SERK3A的沉默可大量减少Pep-13 诱导的细胞死亡和ROS 爆发；但是SOBIR1的沉默并不影响这个过程。此外，PERU的过表达可增强马铃薯对晚疫病菌的抗性，而peru突变体则对晚疫病菌更加敏感（Figure 2）。

Figure 2. PERU对Pep-13的识别依赖于SERK3A

通过分析97 个野生马铃薯物种和 1 个栽培物种的 476 个基因型，该研究发现这些基因型中的350 个 (74%) 没有对 Pep-25 产生细胞死亡反应；表明大多数野生茄属基因型缺乏活性的PERU 等位基因。进一步研究表明，野生茄属物种编码有不同配体特异性的 PRR， 比如PERUDM和PERULPH（Figure 3）。

Figure 3. PERU的功能多样化

最后，该研究显示，PERU特异性结合配体的多样化可以追溯到安第斯山脉中部的野生块茎茄属种群。另外，当今用于作物生产的多个马铃薯品种的 PERU等位基因均与PERUDM 类似。

综上所述，该研究成功地鉴定出马铃薯晚疫病菌的PRR，PERU，它可以识别免疫原性小肽Pep-13；当PERU结合Pep-13后，可诱导马铃薯植物的免疫反应，如细胞死亡、ROS爆发和乙烯的产生。同时，该研究发现马铃薯近缘种中的 PERU不同等位基因对致病小肽具有不同的敏感性。这些对晚疫病菌免疫机制的深入了解，为提高马铃薯作物对该病害的抗性铺平了道路。

来源：Molplant2019

转自：“iPlants”微信公众号

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