Nature Plants | 武汉大学胥国勇课题组揭示翻译调控植物免疫新机制

责编 | 王一

植物在生长发育过程中需要严格控制免疫基因的表达，从而使植物的生长和抗性维持平衡。不受控制的表达会直接损害植物的生长发育，我们称之为自免疫autoimmunity，这一现象在人类中同样广泛存在【1,2】。最近的研究表明转录调控对免疫基因的调控是必须的，但不总是有效。在这种情况下，增加一个翻译调控元件uORF，可以使免疫基因在翻译层面上得到进一步控制【3,4】。植物在遭遇病原菌入侵时，植物细胞中多个分子层面发生重编程和调整以应对病原体的入侵。细胞面临大量免疫转录组快速流入翻译池中，有效的免疫应答要求细胞在全局水平上调控免疫基因的翻译效率。寻找和鉴定植物免疫过程中的全局翻译重编程因子，将解析翻译调控在免疫应答方面的生理意义。

2023年2月16日，武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室、洪山实验室胥国勇课题组在Nature Plants在线发表了题为Plant HEM1 specifies a condensation domain to control immune gene translation的研究论文，揭示了翻译调控植物免疫新机制。

该研究通过正向遗传学筛选，鉴定到调控Actin聚合的关键成员HEM1（或NAP1）作为翻译调控的关键因子。进一步通过改良的ribosome footprinting技术证实HEM1限制免疫基因的过度翻译。这一功能独立于传统认识，即HEM1通过WAVE复合体调节Actin的通路，表明HEM1通过其他途径调控翻译。进一步研究发现HEM1与大量的翻译因子互作形成condensates（团聚体），且依赖于植物特有的团聚体结构域LCD。体内体外生化实验证明了HEM1是一个相变蛋白，其通过植物特有的LCD响应免疫信号的刺激。通过开发的CRISPR-walking技术步移敲除HEM1基因C端序列，发现只有精确敲除LCD的突变体不影响植物Actin相关的发育表型，但呈现出与完全缺失突变体hem1相近的翻译调控和免疫反应表型。

综上，在植物ETI免疫中，HEM1通过植物特有的LCD结构域与大量翻译因子互作形成团聚体，这种形成团聚体的机制在植物免疫中发挥着重要作用【5,6,7,8】。HEM1团聚体的形成有效抑制了免疫基因的过度翻译，从而在tissue health与resistance之间进行权衡，以防止植物免疫过度激活引起的组织损伤（tissue damage）。

武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室博士生周雨露、牛瑞霞和唐枝娟为本文第一作者，胥国勇教授为通讯作者。武汉大学杨红春教授、荷兰莱顿大学丁平涛教授参与了该项工作。杜克大学董欣年教授和武汉大学彭雄波教授提供了实验材料。该研究由国家自然科学基金、洪山实验室以及湖北省重点研发计划提供经费支持。

参考文献：

1. Theofilopoulos, A. N., Kono, D. H. & Baccala, R. The multiple pathways to autoimmunity. Nat Immunol. 18, 716-724 (2017).

2 Freh, M., Gao, J., Petersen, M. & Panstruga, R. Plant autoimmunity—fresh insights into an old phenomenon. Plant Physiol. 188, 1419-1434 (2022).

3. Xu, G., Greene, G.H., Yoo, H., Liu, L., Marques, J., Motley, J., and Dong, X. (2017a). Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants. Nature 545, 487-490.

4. Xu, G., Greene, G.H., Yoo, H., Liu, L., Marques, J., Motley, J., and Dong, X. (2017b). Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants. Nature 545, 487-490.

5. Zavaliev, R., Mohan, R., Chen, T. & Dong, X. Formation of NPR1 Condensates Promotes Cell Survival during the Plant Immune Response. Cell 182, 1093-1108 e1018 (2020).

6. Zhou, G. et al. Proximity editing to identify RNAs in phase-separated RNA binding protein condensates. Cell Discov 7, 72 (2021).

7. Huang, S., Zhu, S., Kumar, P. & MacMicking, J. D. A phase-separated nuclear GBPL circuit controls immunity in plants. Nature 594, 424-429 (2021).

8. Kim, J. H. et al. Increasing the resilience of plant immunity to a warming climate. Nature 607, 339-344 (2022).

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01355-7