植物感知青枯菌多態(tài)性鞭毛的新免疫受體獲揭示

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)**創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心Alberto Macho研究組，研究揭示大豆進(jìn)化出了能夠感知青枯菌鞭毛蛋白的受體，這是植物-細(xì)菌協(xié)同進(jìn)化的一個(gè)典型案例。7月28日，《自然—通訊》在線發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。

由細(xì)菌性病原體導(dǎo)致的植物病害是威脅世界性糧食安全的重要因素。植物青枯病的病原體—青枯菌，可以侵染50個(gè)科250多種植物，包括一些重要的糧食作物，例如土豆，西紅柿，煙草，香蕉，青椒和茄子等，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。植物免疫系統(tǒng)能夠檢測(cè)保守的細(xì)菌病原分子，并啟動(dòng)免疫反應(yīng)來(lái)抑制疾病的發(fā)生。鞭毛蛋白是研究最為廣泛的細(xì)菌病原分子，是構(gòu)成細(xì)菌鞭毛的元件。雖然大多數(shù)細(xì)菌的鞭毛蛋白能夠被植物識(shí)別并激起免疫反應(yīng)，但是青枯菌的鞭毛蛋白發(fā)生了多態(tài)性的改變，成功逃避了植物中常規(guī)受體的識(shí)別。

與病原性flg22相比，青枯菌flg22表位存在9個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，并且能夠逃避擬南芥和煙草的識(shí)別。病原性flg22與擬南芥FLS2/BAK1受體的晶體結(jié)構(gòu)已經(jīng)被解析，根據(jù)已知結(jié)構(gòu)信息，該研究進(jìn)行同源結(jié)構(gòu)建模與定點(diǎn)突變分析，確定青枯菌flg22中18-21位氨基酸的多態(tài)性對(duì)逃避免疫起關(guān)鍵性作用。更有趣的是，該研究**發(fā)現(xiàn)了大豆能夠識(shí)別青枯菌多態(tài)性的flg22，并且成功鑒定青枯菌flg22受體GmFLS2/GmBAK1。同時(shí)，研究人員根據(jù)已知flg22/AtFLS2/AtBAK1三元結(jié)構(gòu)對(duì)青枯菌flg22/GmFLS2/GmBAK1結(jié)構(gòu)進(jìn)行同源建模分析，鎖定大豆受體獲得識(shí)別的重要位點(diǎn)GmFLS2-Q368和GmFLS2-R483。此外，該研究發(fā)現(xiàn)，GmFLS2/GmBAK1的表達(dá)，能夠增強(qiáng)番茄對(duì)青枯菌的抗性，具有良好的應(yīng)用前景。

專(zhuān)家表示，該研究**揭示了大豆中識(shí)別青枯菌多態(tài)性鞭毛的等位變異受體，并證明此多態(tài)性鞭毛蛋白的識(shí)別能夠增強(qiáng)植物抗病性，為提升農(nóng)作物對(duì)青枯菌的抗性提供了一種新策略。此外，揭示flg22中負(fù)責(zé)逃避和GmFLS2中負(fù)責(zé)獲取感知的關(guān)鍵性殘基，為合成生物學(xué)方法定制免疫受體，擴(kuò)大受體識(shí)別范圍提供了指導(dǎo)，使多態(tài)性病原體激發(fā)子的識(shí)別成為可能。

據(jù)悉，Alberto Macho研究組博士生魏雅麗為本文的**作者，Alberto Macho研究員為本文的通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。