自然界中，各種病原菌的入侵嚴重威脅植物健康和糧食安全，了解病原菌侵染的機制，對于控制病害發(fā)生具有重要意義。多年以來的植物-病原菌互作分子機制的研究發(fā)現(xiàn)，病原菌在與植物互相博弈過程中，進化出了多種致病武器，其中III型分泌系統(tǒng)（Type III Secretion System，T3SS）能夠?qū)⒉≡男?yīng)因子蛋白（Effector）分泌到植物細胞內(nèi)（或細胞間隙），通過抑制宿主免疫或者干擾宿主細胞內(nèi)正常的生理過程，來促進其侵染。之前的研究表明，一些效應(yīng)因子如丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）分泌的AvrE、HopM1及黃單胞桿菌（Xanthomonas gardneri）分泌的AvrHah1，能夠誘導(dǎo)植物葉片產(chǎn)生水漬（water soaking），使得胞間質(zhì)變成一種利于病原菌生長的、水分充足的環(huán)境，從而促進病原菌的侵染。而自然界中，人們在很多植物病害發(fā)生過程中都觀察到了這種水漬現(xiàn)象，說明誘導(dǎo)水漬產(chǎn)生可能是一種被不同病原微生物廣泛利用的侵染策略。之前的研究表明，黃單胞桿菌產(chǎn)生的AvrHah1靶向宿主的bHLH轉(zhuǎn)錄因子從而上調(diào)了果膠裂解酶的表達，導(dǎo)致胞間質(zhì)滲透勢增強、從環(huán)境中吸水進而產(chǎn)生水漬；而丁香假單胞菌效應(yīng)因子AvrE、HopM1誘導(dǎo)水漬產(chǎn)生的機制仍不清楚。

　　2022年3月5日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究組在Cell Host & Micobe上發(fā)表了題為“Bacterial effectors manipulate plant abscisic acid signaling for creation of an aqueous apoplast”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)丁香假單胞菌的效應(yīng)因子AvrE通過靶向植物的TOPP-SnRK2模塊，上調(diào)植物的ABA信號、誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而促進了葉片水漬的產(chǎn)生和病原菌的侵染。

　　該項研究從效應(yīng)因子AvrE在植物細胞內(nèi)的互作蛋白（AvrE的潛在靶標）入手，首先發(fā)現(xiàn)AvrE能夠與植物I型磷酸酶（Type One Protein Phosphatase, TOPP）互作，之后通過CRIPSR-Cas9技術(shù)獲得了TOPP家族的多突變體。其中五突變體topp12537在高濕條件下（無病原物侵染時）在葉片上出現(xiàn)水漬的表型，且在病原菌侵染之后和野生型擬南芥Col-0相比也表現(xiàn)出更強的水漬，因此在丁香假單胞菌DC3000菌株侵染時更加感病。敲除兩個效應(yīng)因子的avrE-/hopM1-菌株相比野生型DC3000，對擬南芥的侵染能力大大下降，而TOPP1/2/3/5/7的突變能部分回補avrE-/hopM1-的侵染能力。而另外兩個突變組合topp12546和topp12589并沒有表現(xiàn)出水漬或病原菌侵染相關(guān)的表型。說明TOPP家族的部分蛋白參與了AvrE介導(dǎo)的毒性功能。此外,topp12537植物還表現(xiàn)出種子萌發(fā)和子葉展開延遲、氣孔開度減小等脫落酸(Abscisic acid， ABA)信號上調(diào)的表型，這與之前報道TOPP負調(diào)控植物ABA信號的結(jié)果一致，說明AvrE可能靶向植物TOPP而干擾植物ABA信號的調(diào)控。之前的研究表明TOPP能夠抑制ABA信號過程中的關(guān)鍵激酶SnRK2(Sucrose non-fermenting 1-Related protein Kinase 2s)的活性，當ABA信號激活時，SnRK2活性位點S175的磷酸化（表征其激酶活性）顯著增強。辛秀芳研究組的這項研究中通過體外激酶實驗發(fā)現(xiàn)TOPP1/2/5/3/7能夠在不同程度上抑制SnRK2的S175位點磷酸化，與之前研究結(jié)果一致。更有意思的是， AvrE的加入能夠解除TOPP對SnRK2磷酸化的抑制。進一步通過煙草和擬南芥中的體內(nèi)實驗，證明了在植物體內(nèi)AvrE確實能夠上調(diào)SnRK2的磷酸化。最后該研究證明了在DC3000侵染過程中，能夠誘導(dǎo)ABA的積累、ABA響應(yīng)基因的表達上調(diào)，以及促進氣孔關(guān)閉，并且這些過程都依賴于AvrE/HopM1效應(yīng)因子。同時，用病原菌侵染ABA合成缺陷突變體以及下游信號通路的突變體植物，發(fā)現(xiàn)ABA相關(guān)的突變體中，水漬減弱、抗病性增強，進一步證明了ABA信號途徑對于水漬產(chǎn)生和AvrE/hopM1毒性功能的重要性。該研究闡述了植物的ABA通路除了介導(dǎo)對干旱等非生物脅迫的抗性，也在植物-病原物互作過程中扮演重要角色，可以被病原物“劫持”和“利用”、改變?nèi)~片水分狀態(tài)而促進侵染。

　　中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生胡葉舟、丁彥霞為共同第一作者，蔡博瑩、袁民航、萬詩偉、吳婧妮參與了此工作。辛秀芳研究員為通訊作者。此工作與中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心植物逆境生物學(xué)研究中心趙楊研究員以及秦曉惠博士合作完成。該工作得到了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委等的資助。

　　論文連接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(22)00088-9

丁香假單胞菌效應(yīng)蛋白操縱宿主ABA激素通路促進水漬產(chǎn)生

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