Nature Commun | 福建农林大学何水林团队揭示高温高湿下辣椒抗青枯病免疫及耐热反应的调控新机制

植物在其生长的自然环境中极易受到病原菌的攻击，并且其应答病原菌的免疫反应不可避免地遭受到温度和湿度等环境的影响。一般在高温高湿下植物发病更加严重，特别对青枯病和疫病等土传病害多的辣椒、番茄和烟草等茄科作物，高温高湿下青枯病和疫病等的严重发生已经构成了它们生产中最突出的难题，大量而频繁地施用农药也无济于事，号称茄科作物“癌症”。虽然环境对植物免疫反应的影响近年来受到高度关注，然而人们对植物如何在变化的天气条件下启动最合适的防御反应以更好地适应环境和应对病害的机制仍不清楚。

福建农林大学何水林教授团队长期以来以辣椒、烟草和番茄等茄科作物为材料，研究植物协同应答高温和青枯菌侵染的机制，发现这些茄科作物在常温下启动SA和JA介导的防御反应以应对青枯菌的侵染，在高温高湿下则不同程度地关闭SA和JA介导的免疫反应，而是启动细胞分裂素介导的，以特异性上调Mgst3和PRP1等GST编码基因为特征的免疫反应 (Yang et al., Plant Cell Environ, 2022)，且该免疫反应的启动受到H3K4me3和H3K4ac等组蛋白修饰的调节(Zhang et al., J Exp Bot, 2023)。这些结果表明，茄科植物在高温高湿的条件下启动较常温下截然不同的免疫反应机制。因此，研究茄科植物如何依环境不同而启动不同免疫反应机制，具有十分重要的科学和实践意义。

近日，该团队在Nature Communications杂志上发表了Differential CaKAN3-CaHSF8 associations underlie distinct immune and heat responses under high temperature and high humidity conditions，揭示了CaKAN3-CaHSF8以条件依赖性的方式启动常温下和高温高湿下辣椒抗青枯病免疫反应以及耐高温反应的机制。

该研究发现，在33-37℃下，1-3小时的时间内，辣椒HSF8转录因子通过与KAN3转录因子在细胞核内互作,构成的转录因子复合体直接靶向6个NLR基因的启动子而激活这些基因的转录表达，进而进一步激活Mgst3和PRP1等GST编码基因上调，提高植物在高温高湿下抗青枯病水平；而在37℃以上的极端高温下，或33-37℃处理3个小时以后，若没有青枯菌的侵染（如湿度条件不允许），则HSF8不再与KAN3互作，而是单独靶向到参与耐高温反应的HSP基因，并激活这些基因的表达。从上述结果可以发现, 由于高温高湿下病害严重对其生存构成的巨大威胁，辣椒在长期的进化中建立了高温高湿下抗青枯病预警机制：辣椒在合适的高温（33-37℃）处理的早期，激活NLR基因严阵以待，若此时湿度等条件合适，植物被青枯菌侵染，上调的NLR通过识别病原菌特定的效应子而激活抗病反应；然而，若病原菌侵染的其它条件不合适而没有病原菌侵染，植物不再表达NLR蛋白, 而是仅仅激活耐高温反应。

据悉，该研究结果得到了审稿专家的高度评价，评审专家之一在给杂志编辑的评审反馈意见中指出“该文的研究结果相当令人兴奋和新颖，它为茄科植物在不断变化的气候中的抗病性提供了机理上的见解，我相信这将引起广大读者的极大兴趣。”

该论文的第一作者为杨晟博士，通讯作者为何水林教授。该研究得到了福建省种业工程重大专项项目的资助。

参考文献

Yang, S., Cai, W., Shen, L., Wu, R., Cao, J., Tang, W., Lu, Q., Huang, Y., Guan, D., and He, S. (2022). Solanaceous plants switch to cytokinin-mediated immunity against Ralstonia solanacearum under high temperature and high humidity. Plant Cell Environ 45, 459-478.

Zhang, Y., Cai, W., Wang, A., Huang, X., Zheng, X., Liu, Q., Cheng, X., Wan, M., Lv, J., Guan, D., Yang, S., and He, S. (2023). MADS-box protein AGL8 interacts with chromatin-remodeling component SWC4 to activate thermotolerance and environment-dependent immunity in pepper. J Exp Bot.

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-40251-8