2023年3月29日，The Plant Cell 在線發表了77779193永利官网李博團隊題為“Duality of immune recognition by tomato and virulence activity of the Ralstonia solanacearum exo-polygalacturonase PehC”的研究成果。該研究首次發現了青枯菌的PehC能夠作為免疫激發子激活番茄根系的免疫反應，深入揭示了PehC作為多聚半乳糖醛酸外切酶能夠水解寡半乳糖醛酸（OG）産生半乳糖醛酸（GalA），具有抑制番茄的DTI免疫反應和為青枯菌的定殖生長提供碳源的雙重功能。
植物細菌性青枯病是由茄科雷爾氏菌（Ralstonia solanacearum）引起的一種廣泛分布的世界性病害，能夠對包括番茄、辣椒和馬鈴薯在内的250多種植物造成嚴重損害，造成巨大的經濟損失。植物依靠先天免疫系統來抵禦病原菌，然而目前關于番茄免疫系統如何感知青枯菌及其反防禦策略在很大程度上仍然未知，同時青枯菌作為木質部病害關于其如何适應木質部這個特殊的環境也不清楚。因此，深入解析番茄免疫識别青枯菌以及青枯菌适應植物木質部的分子機制，可以拓展對番茄和青枯菌免疫互作系統的認知，為創新控制維管束病害策略提供新的線索。
李博教授團隊首先從青枯菌分泌蛋白中鑒定到激活番茄根部免疫反應的活性組分，并通過LC-MS/MS确定該組分中豐度最高的蛋白—多聚半乳糖醛酸酶外切酶PehC。研究證明該蛋白能夠特異性觸發番茄根部的早期免疫反應，并且其免疫活性依賴于N端而不依賴酶活性（圖1）。為了探讨PehC激活植物免疫的生物學功能，作者使用PehC預處理番茄感病品種Moneymaker，發現PehC可以顯著誘導番茄對青枯菌的抗性。RNA-seq分析番茄在PehC誘導後的轉錄組變化，結果表明PehC在青枯菌侵染早期能夠誘導番茄的防禦反應的發生，證實了PehC是一種觸發番茄防禦反應和誘導對青枯菌抗性的新型免疫激發子，該免疫識别由依賴番茄BAK1的RLK型受體蛋白介導。
圖1 青枯菌分泌蛋白觸發番茄免疫反應
接下來為了進一步研究PehC在青枯菌侵染中的生物學功能，作者在GMI1000菌株背景下構建了突變菌株ΔpehC以及突變體背景下回補野生型PehC和酶活位點突變PehC H453A菌株，檢測不同菌株對番茄緻病性和誘導免疫反應的差異，發現ΔpehC菌株緻病力和誘導免疫反應的能力均顯著減弱，ComH453A菌株緻病力減弱而誘導免疫反應能力沒有變化（圖2），說明PehC對于青枯菌的毒力及其在番茄木質部的生長是必需的，并且可能在番茄與青枯菌互作中發揮着其他的生物學功能。
圖2 PehC是青枯菌毒力和在木質部增殖所必需的
為了驗證這種可能性，作者檢測了PehC作為多聚半乳糖醛酸酶外切酶的酶學活性，發現PehC可以進一步水解青枯菌侵染過程中産生的果膠降解片段OGs釋放出半乳糖醛酸GalA，從而抑制損傷相關的分子模式DAMP--OGs觸發的番茄DTI免疫反應（圖3）。同時作者發現GalA在青枯菌侵染早期可以作為碳源被利用，從而促進其在木質部的定殖和生長，是一種微生物适應機制，進一步拓展了PehC在番茄與青枯菌互作中的生物學功能。
圖3 PehC産生GalA為青枯菌侵染提供碳源
基于以上研究結果，作者提出了PehC 在青枯菌侵染中發揮多重功能的工作模型：在侵染過程中，青枯菌分泌PehA水解寄主植物細胞壁的重要成分果膠，生成OGs。OGs作為一種DAMP，可被植物細膜表面受體WAK1識别并觸發DTI。為了逃避這種識别，青枯進化出PehB和PehC來降解OG，生成二聚體GalA2和單體GalA。這些單糖可以在侵染早期作為碳源被青枯菌利用，幫助其在木質部中定殖和生長。同時為了抵抗青枯菌的入侵，番茄進一步進化出了RLK類型的模式識别受體來識别PehC，激活PTI免疫（圖4）。該研究提出了番茄與青枯菌共同進化的模型，為植物與病原菌之間的軍備競賽提供了新的模式。
圖4 PehC在青枯菌侵染過程中發揮多重功能的工作模型
77779193永利官网和農業微生物資源發掘和利用全國重點實驗室博士畢業生柯晶晶和碩士在讀研究生朱婉婷為本論文的共同第一作者，李博教授為論文的通訊作者，77779193永利官网陳偉教授參與了本項研究，姜道宏教授、付豔蘋教授等對該研究進行了指導和建議。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、病蟲害綠色防控重大專項和中央高校基本科研業務費等項目的資助。
論文鍊接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad098/7091960
文字：朱婉婷
圖片：李博
審核：李博
