Cell | 董欣年团队揭示代谢激酶调控水杨酸介导的植物免疫新机制

水杨酸是人类最早认识和利用的天然药用成分之一，不仅是阿司匹林的重要前体，也是植物体内一种至关重要的激素。面对病原菌的持续威胁，植物演化出了一套以水杨酸为核心的免疫应答机制【1】。其中，NPR1既是水杨酸的受体，也是调控免疫基因表达的核心蛋白。尽管NPR1在过去三十余年中受到广泛研究，水杨酸如何精准调控其活性，仍是该领域的重要问题之一。

9月30日，杜克大学董欣年教授团队陈奕轩等在Cell在线发表了题为Salicylic Acid Engages Central Metabolic Regulators SnRK1 and TOR to Govern Immunity by Differential Phosphorylation of NPR1的研究论文。该研究发现，水杨酸通过调控两类高度保守的代谢激酶SnRK1和TOR，驱动NPR1多个位点发生连续的磷酸化状态转换，从而促进植物由生长状态向免疫状态转变。

前期研究已鉴定出NPR1上的两组关键磷酸化位点：Ser-11/15磷酸化可促进NPR1泛素化并激活免疫反【2】，而Ser-55/59磷酸化则在正常生长条件下抑制NPR1活性【3】。然而，NPR1是否存在其他调控位点，以及这些磷酸化事件如何相互衔接，此前尚不明确。

该研究通过质谱分析鉴定出一个受水杨酸诱导的新磷酸化位点Ser-557。利用磷酸化特异性抗体和位点突变材料进一步证实，Ser-557磷酸化受到水杨酸的动态调控，并直接影响NPR1介导的免疫反应。进一步遗传学和免疫印迹分析表明，NPR1上的Ser-55/59、Ser-557和Ser-11/15构成了一个依次发生的调控级联：NPR1首先在胞质中发生Ser-55/59去磷酸化；进入细胞核后，NPR1发生Ser-557磷酸化，进而促进Ser-11/15磷酸化和泛素化，最终激活免疫相关基因的表达。

通过体外激酶筛选，研究鉴定出SnRK1是直接磷酸化NPR1 Ser-557的激酶。转录组及遗传学分析显示，snrk1 突变体存在明显的免疫缺陷。转录组分析进一步发现，水杨酸不仅通过SnRK1和NPR1激活免疫基因，还广泛重塑代谢相关基因的表达。qPCR和底物磷酸化分析表明，水杨酸通过增强SnRK1激酶活性发挥作用；免疫印迹进一步显示，SnRK1的活化是NPR1 Ser-557磷酸化的必要条件。基于质谱的代谢物分析发现，水杨酸处理可降低细胞内海藻糖-6-磷酸（trehalose-6-phosphate）和葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate）的含量。这两种糖磷酸代谢物均被认为与SnRK1活性呈负相关，提示水杨酸可能通过改变细胞代谢状态促进SnRK1活化。

与此同时，水杨酸处理可迅速降低细胞内葡萄糖含量以及抑制另一种核心代谢激酶TOR，其时间进程与Ser-55/59去磷酸化高度一致。进一步实验表明，在正常生长条件下，TOR通过促进Ser-55/59磷酸化，使NPR1维持非活化状态；水杨酸抑制TOR后，Ser-55/59发生去磷酸化，从而启动后续的NPR1激活级联。

综上，该研究揭示了SnRK1和TOR如何感知水杨酸引起的代谢变化，并通过差异性调控NPR1磷酸化，在植物生长代谢与免疫之间建立联系。在正常生长条件下，TOR使NPR1维持静止状态；当病原菌诱导水杨酸积累时，SnRK1被激活，而TOR受到抑制，共同推动NPR1由静止状态转变为活化状态。该研究为理解植物代谢与免疫之间的紧密联系提供了新的分子机制。

杜克大学生物系杰出讲座教授、霍华德·休斯医学研究所研究员、美国国家科学院院士董欣年教授为论文通讯作者。杜克大学生物系在读博士生陈奕轩为论文第一作者。杜克大学John Withers博士、陈天元博士、Sargis Karapetyan博士、项耶子博士、袁钰哲博士生、何洋博士，美国西北大学Yulin Sun博士、翁经科教授，以及德国维尔茨堡大学Jan Draken博士、Wolfgang Dröge-Laser教授等为该研究作出重要贡献。

参考文献：

1.Spoel, S.H., and Dong, X.N. (2024). Salicylic acid in plant immunity and beyond. Plant Cell 36, 1451-1464. 10.1093/plcell/koad329.

2.Spoel, S.H., Mou, Z., Tada, Y., Spivey, N.W., Genschik, P., and Dong, X. (2009). Proteasome-mediated turnover of the transcription coactivator NPR1 plays dual roles in regulating plant immunity. Cell 137, 860-872. 10.1016/j.cell.2009.03.038.

3.Saleh, A., Withers, J., Mohan, R., Marques, J., Gu, Y., Yan, S., Zavaliev, R., Nomoto, M., Tada, Y., and Dong, X. (2015). Posttranslational Modifications of the Master Transcriptional Regulator NPR1 Enable Dynamic but Tight Control of Plant Immune Responses. Cell Host Microbe 18, 169-182. 10.1016/j.chom.2015.07.005.

论文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)01080-9