《自然—植物》：中山大学李剑峰团队揭示植物几丁质信号转导新机制

北京时间2022年7月18日晚23时，中山大学李剑峰团队在Nature Plants发表了题为“Plasma membrane-nucleo-cytoplasmic coordination of a receptor-like cytoplasmic kinase promotes EDS1-dependent plant immunity”的论文。

该研究揭示了拟南芥细胞膜定位的PBL19，受真菌几丁质信号诱导入核，再经过转录放大和细胞质中的蛋白加工，最后磷酸化EDS1，从而增强植物真菌抗性的新机制。

真菌病害严重威胁植物生长。全球大数据显示真菌可造成约30%的作物损失（Fisher et al., 2018）。增强植物自身的免疫是植物抗病育种的重要方向，但必须以对植物免疫机制的深入了解为前提。植物能够通过细胞膜免疫受体（PRR）识别真菌细胞壁结构分子几丁质（chitin），经由免疫信号转导产生对病原真菌的基础抗性。类受体胞质激酶（RLCK）VII 家族成员在植物免疫信号转导中起着关键作用（Liang and Zhou, 2018），目前认为该家族成员将免疫信号由PRR转导至下游信号模块，引发活性氧爆发、Ca2+内流及MAPK激活等早期免疫应答。已有研究发现拟南芥RLCK VII-4亚家族成员（包括PBL19等）参与调控了真菌几丁质触发的早期免疫应答（Rao et al., 2018）。此外，植物免疫关键枢纽蛋白EDS1也参与介导植物的基础抗性，但PRR将免疫信号转导至EDS1的分子机制仍大体未知。

该研究首先基于生物信息学分析发现拟南芥PBL19的N端同时具有一个可逆的棕榈酰化修饰位点（Cys3）和一段核定位序列（NLS）。经实验验证，在静息状态下，PBL19 通过棕榈酰化修饰定位于细胞膜，但在几丁质诱导下能够部分迁移至细胞核。有趣的是，模拟持续细胞核定位的PBL19C3A变体（Cys3变为Ala）能够导致PBL19的大量表达和植物的自免疫表型。利用ChIP-seq和CRISPR衍生的染色质捕获技术发现PBL19入核后可能通过招募转录因子结合于自身启动子。进一步研究表明PBL19能够与转录因子WRKY8互作并磷酸化后者，增强其对PBL19启动子的转录激活能力。

为了深入研究PBL19入核后介导的免疫信号转导机制，通过对PBL19C3A引起的自免疫表型进行抑制子筛选发现，EDS1缺失可抑制该表型，提示EDS1位于该信号转导通路下游。有趣的是，真菌几丁质能够诱导 PBL19与EDS1在细胞核外的点状结构上互作。免疫共沉淀实验进一步显示与EDS1互作的是N端失去NLS的PBL19（ntPBL19）而非全长PBL19。随后的研究提示细胞质MC4蛋白酶可能介导了将PBL19加工为ntPBL19的过程。最后，在植物体内，真菌几丁质能够诱导PBL19磷酸化EDS1并促进EDS1在细胞质积累；在体外，PBL19能够磷酸化EDS1的至少5个位点，且模拟组成型磷酸化的EDS1变体能够补偿PBL19缺失造成的植物真菌易感表型。上述结果提示PBL19通过磷酸化EDS1并促进其在胞质的积累从而正调控植物对真菌的抗性。

综上，该研究阐明了PBL19在真菌几丁质诱导下部分入核并招募WRKY8上调自身表达，而胞质中新合成的PBL19能够被MC4蛋白酶切割为ntPBL19。ntPBL19进而磷酸化EDS1并促进其在细胞质中积累，并以目前未知的方式促进了抗性基因的表达和植物的真菌抗性。该研究揭示了植物类受体胞质激酶介导的一条新型几丁质信号转导通路，并首次报道了EDS1磷酸化在植物免疫调控中的功能。

中山大学生命科学学院李剑峰教授为该论文的通讯作者，博士生李雨佳与薛皦博士为共同第一作者。中科院遗传发育所周俭民研究员和中山大学肖仕教授、姚楠教授也参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目和杰青项目的资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41477-022-01195-x

转自：“小柯生命”微信公众号

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