mBio | 华中农业大学稻曲病研究团队揭示蛋白质S-棕榈酰化在稻曲菌致病过程中的调控机制

责编 | 王一

蛋白质 S-棕榈酰化是一种高度动态的脂质化修饰，在调节蛋白质定位、稳定性和细胞内转运等方面发挥重要作用。S-棕榈酰化由棕榈酰基转移酶催化，将棕榈酰基团通过硫酯键共价连接到蛋白质侧链的Cys残基上，是一种改变蛋白质亲疏水性的常见方式。与其他脂质修饰不同，S-棕榈酰化修饰是可逆的，可通过动态调节底物蛋白质行使不同生物学功能。然而，在病原菌致病过程中，S-棕榈酰化修饰如何调控病原菌毒力还不清楚。

近日，华中农业大学稻曲病研究团队在mBio发表了题为“S-palmitoylation of MAP kinase is essential for fungal virulence”的研究论文，首次发现S-棕榈酰化修饰参与调控植物病原真菌致病力，并揭示了蛋白质S-棕榈酰化在水稻重要病原-稻曲菌致病中的调控机制。

该研究首先通过稻曲菌S-棕榈酰化修饰定性蛋白组学，鉴定到2192个棕榈酰化修饰蛋白和4089个蛋白修饰位点，通过KEGG和GO富集分析发现S-棕榈酰化修饰参与MAPK、自噬、蛋白酶体等多个致病相关信号通路。分别敲除5个棕榈酰基转移酶发现，UvPfa3和UvPfa4基因可以调控稻曲菌的致病力；S-棕榈酰化抑制剂2-溴棕榈酸处理可显著降低稻曲球的形成数量。进一步对∆UvPfa3和∆UvPfa4突变体进行修饰定量蛋白组分析，发现S-棕榈酰化修饰蛋白在MAPK和自噬通路中显著富集；通过酵母双杂交和pull-down实验证实UvPfa4能够与MAPK通路UvSlt2互作，并采用酰基-生物素交换实验证明UvPfa4可以S-棕榈酰化UvSlt2。将UvSlt2中S-棕榈酰化修饰位点进行点突变，导致了稻曲菌致病力减弱，UvSlt2激酶活性及磷酸化修饰水平显著降低。分子动力学模拟发现，S-棕榈酰化修饰位点的突变导致了UvSlt2疏水性溶剂表面积减少， pull-down 实验进一步证实S-棕榈酰化修饰位点突变减弱了UvSlt2与底物UvRlm1的结合力。

综上所述，棕榈酰基转移酶UvPfa4对激酶UvSlt2的S-棕榈酰化修饰改变其蛋白结构，导致UvSlt2疏水性溶剂表面积增加，从而增强UvSlt2与其底物UvRlm1的结合力，同时S-棕榈酰化修饰提高了UvSlt2激酶活性及磷酸化修饰水平，进而通过MAPK通路信号传导激活下游CWI通路促进稻曲菌的侵染和定殖。以上研究阐明了蛋白S-棕榈酰化协同磷酸化调控真菌毒力的作用机制，提出了靶向抑制蛋白棕榈酰化在稻曲病防控应用中的可能性。

棕榈酰化调控稻曲菌毒力的工作模型

华中农业大学植物科学技术学院博士生段宇航为第一作者，郑露副教授和黄俊斌教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、湖北省重点研发计划和中央高校基本科研业务费项目的资助。

https://doi.org/10.1128/mbio.02704-24