中国农科院助理研究员和天津农学院副教授以共同第一作者身份在《Cell》旗下期刊发表研究成果

近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业微生物资源团队系统解析了细菌III型蛋白分泌系统（T3SS）重要组分裂解性转糖基酶的功能机制。相关成果以“ Pseudomonas syringae lytic transglycosylase HrpH interacts with host ubiquitin ligase ATL2 to modulate plant immunity”为题，发表于Cell子刊《Cell Reports》。

T3SS是细菌重要的蛋白输出装置，由30 kb约20个组分基因组成，负责将效应蛋白分泌到胞外并注入宿主细胞。近年来，对效应蛋白的研究已经比较深入，但对于T3SS组分的功能机制还缺乏足够了解。本研究前期发现在T3SS基因簇上存在一个特异的裂解性转糖基酶编码基因 hrpH ，该基因编码产物具有多个结构域，可以裂解细菌细胞壁并促进效应蛋白输出。本研究在此基础上系统研究了HrpH蛋白的多功能域特性，结果显示HrpH不仅参与调控效应蛋白转运，而且自身也可以转运至植物细胞，其保守的裂解性转糖基酶（SLT）结构域和第148位谷氨酸（E148）催化位点在转运过程中起到关键作用。HrpH蛋白和SLT结构域蛋白在植物质外体可以诱导细胞死亡、抑制由微生物分子相关模式诱导的基础免疫反应（PTI）和水杨酸（SA）信号途径，且这一功能并不依赖E148催化位点。在植物中稳定表达HrpH能够抑制PTI反应和SA信号途径，降低植物的抗病能力。此外，本研究还发现HrpH可以与植物中的RING-type E3泛素连接酶ATL2互作，且SLT是互作的关键结构域。同样，这一互作也不依赖于E148催化位点。本研究揭示了HrpH在III分泌系统转运及其与宿主互作过程中的双重功能：在细菌胞内，HrpH作为一种裂解性转糖基酶参与T3SS组装和效应蛋白转运；当其与植物互作时，HrpH作为一个免疫调节子靶向植物泛素连接酶调控植物免疫。该成果突破了T3SS作为一个蛋白“注射器”的传统认识，将为深入理解T3SS多功能机制提供新的思路。

农业微生物资源团队李俊州助理研究员和天津农学院谷医林副教授为共同第一作者，农业微生物资源团队魏海雷研究员主要通讯作者（Lead contact），康奈尔大学植物微生物系张薇研究员为共同通讯作者。该研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、国家自然科学基金、中国烟草总公司重大科技项目、贵州省烟草公司遵义市公司重点研发项目、中国农业科学院科技创新工程和现代农业产业技术体系北京市特色作物创新团队等项目资助。本研究是魏海雷研究员团队持续解析细菌与宿主植物互作机制（Cell Host Microbe, 2015; Cell Reports, 2018; Molecular Plant, 2020; Engineering, 2023; Microbiology Spectrum, 2023ab）的新突破。

图1 HrpH与泛素连接酶ATL2互作

图2 III型分泌系统组分蛋白HrpH作用机制

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115145

来源：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所