Plant Physiol | 陕西师范大学张美祥/安玉艳团队揭示青枯劳尔氏菌核心效应子RipE1的识别机制

青枯劳尔氏菌（Ralstonia solanacearum） 是一种典型的土传病原细菌，能够侵染超过54个科200多种植物，其中包括马铃薯、番茄、辣椒、花生等重要作物，对农业生产构成了严重威胁。青枯菌通过III型分泌系统（T3SS）向宿主细胞内分泌多种效应子（effectors），这些效应子在促进青枯菌定殖和抑制植物免疫中起着关键作用。值得注意的是，其中一部分效应子能够被植物识别，触发植物免疫，鉴定和研究识别这些效应子的抗病蛋白对理解青枯菌与植物的互作机理和作物抗病性改良具有重要科学意义。然而，目前对于识别青枯菌的植物抗病基因的认识仍然有限，这限制了抗青枯病遗传资源的开发和利用。

近日，陕西师范大学张美祥/安玉艳课题组在Plant Physiology在线发表了题为“RIN4 immunity regulators mediate recognition of the core effector RipE1 of Ralstonia solanacearum by receptor Ptr1”的研究论文。该研究在本氏烟中鉴定到一个能够识别青枯菌效应子RipE1的抗病蛋白NbPtr1a，并揭示了RipE1通过切割RIN4蛋白进而促进被NbPtr1a识别的分子机制，且该机制在茄科植物中高度保守。

研究人员首先系统分析了本氏烟基因组中的NLR抗病基因并创建了针对这些NLR基因的沉默（virus-induced gene silencing, VIGS）文库，将诱导细胞死亡的青枯菌核心效应子RipE1在本氏烟NLR沉默植株上筛选。发现RipE1所引起的细胞死亡在NbPtr1a沉默植株上受到抑制，随即利用基因编辑技术创制了Nbptr1a的基因敲除株系，并通过遗传回补实验证明了NbPtr1a为识别RipE1的抗病蛋白。在Nbptr1a突变体中表达RipE1抑制病原保守分子模式flg22诱导的活性氧（reactive oxygen species, ROS）迸发，促进病原菌的侵染，且该功能依赖于其半胱氨酸蛋白酶活性，这些结果表明RipE1在不被寄主识别的情况下表现出抑制植物免疫的毒性功能。研究人员进一步从生化水平上探究了NbPtr1a识别RipE1的分子机理。发现RipE1能够与RIN4相互作用并切割RIN4，而RIN4能与NbPtr1a的N端发挥重要信号功能的螺旋卷曲 (CC) 结构域相互作用，抑制因CC结构域二聚化所导致细胞死亡。当RipE1存在时，RIN4被切割后解除NbPtr1a-CC的自抑制，激活了NbPtr1a。值得注意的是，Ptr1抗病蛋白茄科植物中广泛分布，该研究证实了烟草，辣椒以及马铃薯中的Ptr1蛋白均可识别包括RipE1在内的多种病原菌同源效应子，显示出良好的应用前景。这些研究成果不仅为防控作物重要病害提供了宝贵的广谱抗病基因资源，而且为抗病基因的高效利用奠定了科学基础。

论文第一署名单位为陕西师范大学，南京农业大学与陕西师范大学联合培养硕士毕业生陆靖伟、陕西师范大学生命科学学院植物-微生物互作团队博士生曹鹏、博士后张双喜以及西北农林科技大学植物保护学院王秦虎副研究员为论文的共同第一作者。陕西师范大学生命科学学院安玉艳副教授、张美祥教授为论文的共同通讯作者。中国农业科学院烟草研究所的杨爱国研究员、程立锐研究员、孟鹤博士和肖志亮博士参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和福建省作物有害生物监测与治理重点实验室开放基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae514