Mol. Plant | 中山大学李剑峰团队揭示PROPEP1的加工机制，为Pep信号转导在植物免疫中的功能和调控提供了新认识

和动物一样，植物能够产生类似促炎性细胞因子（如白介素1β）的免疫多肽而激活免疫。以拟南芥Pep1(plant elicitor peptide 1)为代表的Pep多肽发现于2006年，是一类在植物中广泛存在的内源性免疫多肽，对应其前体蛋白PROPEP的C端肽段。外源施加的Pep，能够像细菌鞭毛激发子flg22一样，被植物细胞膜上的受体识别而激活免疫。由于flg22能够诱导PROPEP的表达，Pep信号转导可能参与放大了致病菌激发子引起的免疫，同时又参与了系统性免疫的发生。意外的是，近年来Pep信号转导还被发现参与了植物的耐盐以及衰老等免疫之外的生理活动。然而，PROPEP究竟如何被加工成Pep一直是一个悬而未决的关键问题。

近日，中山大学李剑峰教授团队在Molecular Plant在线发表了题为Type-II metacaspases mediate the processing of plant elicitor peptides in Arabidopsis的研究论文。该研究揭示了拟南芥II型metacaspase（MC）蛋白酶介导的PROPEP加工机制和免疫功能。

该研究首先发现Ca2+螯合剂EGTA能够抑制植物原生质体细胞内PROPEP1加工成Pep1的过程，而回补相对EGTA过量的Ca2+可重现PROPEP1的加工，提示细胞内Ca2+依赖的蛋白酶参与了这一过程。进一步筛查发现，在原生质体内共表达Ca2+依赖的拟南芥II型MC蛋白酶MC4-MC9可促进PROPEP1的加工，并伴随有MC的自加工激活，而I型MC蛋白酶MC1-MC3无此现象。同时，MC4也能在体外对PROPEP1进行切割，产生与体内类似的加工产物。破坏MC4的蛋白酶活性或者PROPEP1中紧邻Pep1的保守精氨酸残基均可阻断MC4对PROPEP1的加工，而flg22则可以促进MC4的自激活以及对PROPEP1的加工。拟南芥编码的8个PROPEP前体，除PROPEP6外，均能被MC4加工。令人不解的是，PROPEP6在紧邻Pep6序列处具有保守的精氨酸残基。当PROPEP6中Pep6上游序列被PROPEP1的对应序列替代之后，该嵌合的PROPEP能够被MC4加工生成Pep6，提示除了紧邻Pep6的保守精氨酸外，还有其它上游序列是MC4加工PROPEP所必需的。

该研究随后利用CRISPR技术在拟南芥中敲除了四个II型MC蛋白酶基因MC4-MC7。与野生型植株相比，四突变体中所有的PROPEP加工都受到了抑制。此外，flg22诱导产生的Pep1在四突变体背景下显著削弱。该研究同时发现，flg22可以诱导MC8表达，而后者可以解释四突变体中残留的Pep1加工。最后，该研究发现flg22诱导的灰霉菌抗性在Pep受体pepr1 pepr2双突以及mc四突变体中呈现相似的缺陷，表明Pep加工和识别对于flg22诱导的灰霉菌抗性同等重要。

结合本研究与已有文献，目前可大致勾勒出MC蛋白酶参与的Pep1信号转导通路如图所示：flg22通过FLS2/BAK1介导的信号转导激活PROPEP1表达，产生的PROPEP1前体定位于液胞膜表面。flg22 同时引起细胞内的Ca2+浓度升高，后者促进II型MC蛋白酶的自加工激活，进而可对PROPEP1进行加工。从液泡膜释放的Pep1进入细胞质，并通过未知的方式移动到质外体，并被PEPR受体识别而激活或强化免疫。

值得一提的是，3月22日来自比利时的Simon Stael团队在Science发表了题为Damage on plants activates Ca2+-dependent metacaspases for release of immunomodulatory peptides的研究论文。该研究发现拟南芥细胞损伤同样能够引发胞内Ca2+浓度升高而导致MC4自激活，进而介导PROPEP1的加工。两项研究通过不同角度几乎同时发现II型MC蛋白酶介导PROPEP1的加工机制，但Stael团队认为MC4是叶片中唯一介导PROPEP1加工的蛋白酶，而李剑峰团队发现多个II型MC蛋白酶参与了叶片PROPEP1的加工。这两项研究为理解Pep信号转导在植物免疫以及其它生理活动中的功能及调控机制提供了新的认知。

中山大学生命科学学院博士后沈文忠和硕士生刘玖尔为该论文的并列第一作者，李剑峰教授为通讯作者。该研究获得广州市科研计划重点项目以及国家自然科学基金的资助。

论文链接：

www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30264-3