Nature Plants |八百里分麾下炙，PBL19传膜外声！中山大学李剑峰研究团队发现胞质受体激酶传递免疫信号新机制

植物作为固着生物，无法移动作战，只能依靠先天免疫对抗生物胁迫。为了确保自身免疫能够发挥作用，植物进化出一套复杂而快速的“战报”传递系统，这套系统由质膜和细胞内免疫受体组成，他们可以辨别膜外的风吹草动是否是病原体入侵，一旦确认，则立刻将“战报”传递至细胞膜内各个部门，激活植物免疫。

2022年7月18日，Nature Plants在线发表了中山大学李剑峰教授研究团队题为“Plasma membrane-nucleo-cytoplasmic coordination of a receptor-like cytoplasmic kinase promotes EDS1-dependent plant immunity”的研究论文，该研究发现一个新的几丁质信号转导通路：几丁质诱导的胞质受体激酶PBL19从质膜经历转录调节并磷酸化EDS1携手进入核内促进植物免疫。

已有多个研究表明质膜上的胞质受体激酶（RLCK），如BIK1等，一般情况下他们通过N端的棕榈酰化锚定在膜上，当受到病原体入侵时，RLCK可以通过入核来调控免疫信号，作者通过生信分析发现PBL19与BIK1一样，在N端也存在预测的棕榈酰化位点并在C端存在核定位信号（NLS）。为了验证PBL19是否具备由膜入核功能，作者在原生质体中构建了棕榈酰化位点突变的PBL19C3A，导致PBL19不能锚定在膜上，与核定位Marker一样荧光在核中聚集（图1），表明PBL19是通过N端棕榈酰化锚定在膜上，随后也验证了PBL19的NLS也具备核定位功能。

前人已有研究表明PBL19在CERK1下游发挥免疫作用，因此作者想知道这种定位的转变是否受到几丁质的影响。于是作者用几丁质处理原生质体与稳转PBL19的株系，均发现PBL19在核内富集，但PBL19的同源基因PBL20却没有这种变化，表明PBL19受到几丁质诱导后的入核动作是特异的，且这种由膜入核的动作与植物抗性有关（图1）。

为了研究PBL19这种定位变化的生物学意义，作者构建了一系列定位信号突变体，发现持续的PBL19入核会导致严重的生长抑制，与BAK1等诱导的组成型免疫激活表型相似，而正常的PBL19与不能入核或激酶失活的PBL19不会导致严重的生长抑制，表明PBL19的激酶活性与核定位是植物免疫必不可少的（图2）。为什么PBL19C3A持续入核会导致严重的组成型免疫呢？作者从转录组测序数据中发现了线索，作者发现pbl19/pPBL19:PBL19C3A-GFP-HA回补材料中PBL19上调将近214倍，而其他RLCK家族最多上调5倍，植物产生这么多PBL19干什么呢？CHIP-seq分析发现PBL19基因组片段可以与PBL19C3A以及几丁质诱导的PBL19共沉淀，进一步研究发现PBL19的启动子可以与PBL19C3A结合，难怪PBL19C3A会产生严重的生长抑制，毕竟他可以一直给自己打鸡血

大丈夫能屈能伸，能不能少打点鸡血，不要持续激活免疫呢？作者从启动子入手，发现启动子区缺失WRKY-W-box之后，PBL19C3A表达显著减少，生长抑制也得到了缓解，表明PBL19可以通过WRKY-W-box来调节自身转录。作者通过表达谱分析与CHIP-qPCR等实验发现WRKY8与WRKY28可以增强PBL19的启动子活性，进一步研究发现PBL19可以磷酸化WRKY8与WRKY28，wrky8的功能缺失可以缓解PBL19C3A导致的表达量激增与组成型免疫表型，表明WRKY8可以通过调节PBL19转录过程中的自我扩增参与植物免疫（图3）。

由于pbl19/pPBL19:PBL19C3A-GFP-HA材料中SA诱导的标记基因与病程相关基因（PR）也被诱导表达，并且作者也发现了SA在pbl19/pPBL19:PBL19C3A-GFP-HA材料中的过度积累（图4），但可以sid2或eds1功能缺失可以抑制这种SA过度积累，且eds1可以完全恢复生长抑制的表型，表明PBL19C3A诱导的组成型免疫是依赖EDS1的（图4）。

那么EDS1是如何调控PBL19C3A的呢？毕竟EDS1是核定位的蛋白，PBL19也以入核，很有可能EDS1在PBL19下游接受免疫信号，BiFC结果显示EDS1仅在几丁质处理后与PBL19在核内发生互作（图4），CO-IP结果也显示EDS1仅与N端截断的PBL19（ntPBL19）互作，质谱仪捕捉ntPBL19最多的是其N端的多肽25KGKELLQNSAPELTNR40，表明ntPBL19失去了N端棕榈酰化和NLS，但是组成型表达ntPBL19并不会引发较强的组成型免疫。

那么到底是谁在PBL19快马加鞭向核内报信的路上砍了他一刀了

？作者根据已有研究与信息推测是蛋白酶裂解反应，于是同时敲除了四个蛋白酶（MC）,发现确实抑制了PBL19C3A导致的组成型免疫，体外实验表明是MC4切割了PBL19形成了ntPBL19。

看到这儿去喝口茶吧，你已经比90%的读者都认真了

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但是作者并没有去喝茶！作者发现EDS1的核聚集是需要ETI反应诱导的，几丁质以PBL19依赖的方式诱导EDS1在细胞质中聚集，那么前人研究的EDS1核聚集是如何形成的呢？是从细胞质进去的吗？作者检测到PBL19可以在几丁质诱导后磷酸化EDS1的多个位点，哪种磷酸密码才是决定EDS1核或胞质聚集的钥匙呢？通过模拟磷酸化与磷酸化失活实验，作者发现模拟磷酸化的EDS15D比EDS15A在细胞质中积累更多，表明在几丁质诱导下，PBL19介导的EDS1磷酸化有助于EDS1在细胞质中积累（图5）。首次报道了明星基因EDS1磷酸化密码在调节植物免疫中的作用。

Acknowledgements

中山大学李雨佳和薛皦为论文共同一作，中科院遗传发育所周俭民研究员与中山大学肖仕教授、姚楠教授也参与该项研究。本研究得到了国家自然科学基金(31970278和32125004)和中央高校基础研究基金(19lgzd32)资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41477-022-01195-x

转自：植物科学SCI

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