Nature Commun. | 王一鸣博士等揭示植物分泌蛋白酶抑制细菌入侵的机理

责编 | 逸云

植物在与微生物病原体协同进化过程中进化出高度复杂的先天免疫系统来抵御病原体的感染【1,2】。但植物先天免疫系统需要被严格控制，因为过度激活会导致植物生长迟缓。植物生长和免疫反应之间的平衡是限制农作物增产的一个重要瓶颈。

许多植物蛋白酶会分泌到细胞外空间，在植物免疫中发挥作用【3】。例如，拟南芥分泌subtilase SBT3.3到细胞外，从而提高对细菌和真菌病原体的抗性。 SBT3.3缺失导致植物对病原菌抵抗力下降，而SBT3.3过表达导致植物对病原菌抗性提高【4】。另外，拟南芥和水稻天冬氨酸蛋白酶CDR1在病原菌的免疫反应中发挥重要作用【5,6】。Pip1是一种类木瓜蛋白酶，有助于番茄抵抗多种病原菌【7】。相反，病原菌通过产生蛋白酶抑制剂来对抗宿主植物分泌的蛋白酶【6】。 植物分泌蛋白能够参与植物免疫反应，但其具体抗病机理目前并不十分明确。

近日，德国马普植物分子育种研究所 Kenichi Tsuda 团队在 Nature Communications 发表了题为 Site-specic cleavage of bacterial MucD by secreted proteases mediates antibacterial resistance in Arabidopsis 的研究论文。该研究揭示了植物如何利用分泌蛋白酶直接降解细菌生长重要蛋白，从而抑制细菌生长。 这是在植物中首次报导，免疫相关蛋白能够直接参与抑制细菌入侵生长过程。 德国马普植物分子育种研究所 王一鸣 博士为本文第一作者， Kenichi Tsuda 教授为本文通讯作者。

本研究首先验证了植物由flg22 PAMP诱导的分泌蛋白能够对Psedumonas syringae生长产生直接抑制作用，为植物分泌蛋白参与细菌生长抑制提供了研究基础。进一步的遗传学实验证明了免疫诱导分泌的天冬氨酸蛋白酶SAP1和SAP2对植物抗菌免疫起到促进作用。 有趣的是，与以前研究发现不同，SAP1和SAP2过表达植株在产生强细菌抗性的同时，并不影响植物发育与产量。

图1. MucD is evolutionarily conserved

研究表明，SAP1及SAP2能够直接降解细菌生长重要因子MucD。MucD广泛存在于细菌之中，其基因敲除菌株能够直接影响P. syringae的生长及致病性。SAP1及SAP2利用其蛋白酶活性，抑制含有MucD蛋白的相关细菌。对不同细菌中MucD蛋白序列对比显示，P. syringae中MucD蛋白在其SAP1酶切位点上产生了高度变异，显示出SAP1及SAP2可能对P. syringae进化产生筛选压力。 该研究为植物-微生物共进化相关研究提供了理论基础。

值得一提的是，2018年王一鸣博士等在 The Plant Cell 发表论文，利用遗传学、生物化学及分析化学研究方法，系统报道了MPK途径持续激活与SAR之间的联系。BioArt对该工作也做了详细报道，请点击查看Plant Cell | 王一鸣博士等揭示调控植物系统获得性抗性的新机制。

参考文献

【1】Jones, J. D. G. & Dangl, J. L. The plant immune system. Nature 444, 323–329 (2006).

【2】Randow, F., MacMicking, J. D. & James, L. C. Cellular self-defense: how cell-autonomous immunity protects against pathogens. Science 340, 701–706 (2013).

【3】Brogden, K. A. Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat. Rev. Microbiol. 3, 238–250 (2005).

【4】Ramirez, V., Lopez, A., Mauch-Mani, B., Gil, M. J. & Vera, P. An extracellular subtilase switch for immune priming in Arabidopsis. PLoS Pathog. 9, e1003445 (2013).

【5】Xia, Y. J. et al. An extracellular aspartic protease functions in Arabidopsis disease resistance signaling. EMBO J. 23, 980–988 (2004).

【6】Thomas, E. L. & van der Hoorn, R. A. L. Ten prominent host proteases in plant–pathogen interactions. Int. J. Mol. Sci. 19 (2018).

【7】Ilyas, M. et al. Functional divergence of two secreted immune proteases of tomato. Curr. Biol. 25, 2300–2306 (2015).

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10793-x