Plant Physiol. | 华中农业大学姜道宏团队揭示根肿菌抑制植物免疫的新机制

根肿病是一种重要的世界性土传病害，其病原体根肿菌不仅能直接侵染十字花科栽培植物（如油菜、大白菜、红菜苔、甘蓝、花椰菜、萝卜等），还可以危害十字花科杂草。十字花科植物被根肿菌感染后，通常会表现出根部肿大，小苗枯死和发育不良的症状，而后导致减产。根肿菌由于其存活时间长、传播范围广，已影响了我国乃至世界的十字花科作物生产，受害产区往往损失惨重。根肿菌是典型的活体营养型病原菌，不能在人工培养基上实现纯培养，也没有建立成功、稳定的遗传转化体系，其致病机理的研究一直比较滞后。阐明致病机理及寄主的免疫识别机制，对指导抗病育种具有重要意义。

近日，华中农业大学姜道宏团队在Plant Physiology在线发表了题为“Protist ubiquitin ligase effector PbE3-2 targets cysteine protease RD21A to impede plant immunity”的研究论文，揭示了根肿菌分泌E3泛素连接酶靶向降解拟南芥免疫相关半胱氨酸蛋白酶RD21A以抑制寄主抗性的分子机制。

研究人员首先从根肿菌ZJ-1菌株基因组和分泌蛋白组数据分析鉴定到可能具有分泌活性并在不同根肿菌生理小种保守存在的RING型E3泛素连接酶PbE3-2。通过酵母分泌系统和体外泛素化实验证明其具有分泌活性和E3泛素连接酶活性。在拟南芥中超量表达PbE3-2会导致其对根肿菌更敏感，并抑制几丁质触发的活性氧迸发、免疫基因的表达以及水杨酸的积累。进一步通过免疫沉淀联合质谱分析（IP-MS）筛选到拟南芥半胱氨酸蛋白酶RD21A与PbE3-2互作，采用Y2H、Split-LUC、Co-IP、GST pull-down以及BiFC证明了二者之间的相互作用。PbE3-2在体外泛素化RD21A并在植物体内促进其降解。通过质谱鉴定了RD21A的泛素化赖氨酸位点，突变这些位点可阻碍PbE3-2对RD21A的泛素化作用。缺失RD21A的突变体植株表现出与PbE3-2过表达植株相似的易感性和低水平免疫反应，说明PbE3-2通过降解拟南芥半胱氨酸蛋白酶RD21A影响植物免疫水平。除了PbE3-2，该研究还鉴定到E3泛素连接酶PbE3-3和PbE3-4，它们与PbE3-2具有相似的功能并泛素化 RD21A。以上研究首次报道了根肿菌分泌型的E3泛素连接酶抑制寄主免疫的机制，为理解根肿菌的侵染机制提供新的视角，为基因编辑培育广谱抗病油菜提供理论支持。

华中农业大学植物科学技术学院博士生黎超为论文第一作者，华中农业大学陈桃教授为通讯作者。华中农业大学姜道宏教授、付艳苹教授、程家森教授及谢甲涛教授对该项工作做出了重要指导。该研究得到国家自然科学基金、国家现代农业产业技术体系建设项目等的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad603