山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華課題組揭示代謝產(chǎn)物反饋維持植物免疫的作用機(jī)理

2022-12-01 23:26

近日，Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華教授課題組題為“Glutathione and neodiosmin feedback sustain plant”的研究論文，揭示了PTI和ETI誘導(dǎo)積累的代謝產(chǎn)物谷胱甘肽和新地奧司明觸發(fā)植物免疫反應(yīng)的功能機(jī)制。

植物進(jìn)化出PTI（pattern-triggered immunity）和ETI（effector-triggered immunity）兩道免疫防線以響應(yīng)外界病原體入侵，微生物分子模式和病原體效應(yīng)子可分別被細(xì)胞表面定位的模式識(shí)別受體（PRRs）和細(xì)胞內(nèi)定位的核苷酸結(jié)合富亮氨酸重復(fù)受體（NLRs）識(shí)別，觸發(fā)PTI和ETI響應(yīng)。植物甾醇、香豆素類、吲哚和氨基酸等代謝產(chǎn)物已被報(bào)道參與病原菌防御反應(yīng)。而目前為止，由PTI和ETI激發(fā)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及其它們?cè)谥参锩庖咧械墓δ芎托盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑仍知之甚少。

本研究代謝組學(xué)分析顯示，PTI和ETI誘發(fā)植物體內(nèi)多種黃酮類化合物和氨基酸，及其衍生物的積累。值得注意的是，谷胱甘肽和新地奧司明的含量分別被ETI和PTI明確上調(diào)，進(jìn)而顯著增強(qiáng)植物免疫。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在模式識(shí)別受體／共受體（PRRs/coreceptors）突變情況下，谷胱甘肽和新地奧司明誘導(dǎo)植物免疫響應(yīng)的功能喪失。另外，還原型谷胱甘肽突變體gsh1分析顯示，GSH1也是PTI和ETI所必需的。綜上研究有助于深入了解PTI和ETI信號(hào)在代謝物水平的正反饋閉環(huán)調(diào)節(jié)模式。

圖1. GSH、GSSG和NEO激活植物免疫

圖2. 谷胱甘肽和新地奧司明觸發(fā)植物免疫的工作模型。谷胱甘肽和新地奧司明是植物參與響應(yīng)PTI 和ETI的關(guān)鍵代謝物。PTI 和ETI誘導(dǎo)產(chǎn)生的GSH、GSSG和NEO進(jìn)而以模式識(shí)別受體／共受體（PRRs/coreceptors）依賴的方式激活ROS爆發(fā)、MPKs磷酸化以及PTI 和ETI相關(guān)基因的重編程。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y博士后路沖沖為論文**作者，丁新華教授為通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)劉鷹高教授、李旭剛教授、董漢松教授，李洋副教授、尹梓屹教授、研究生王露露、博士姜炎柯，中科院分子植物科學(xué)**創(chuàng)新中心辛秀芳研究員，煙臺(tái)植保所劉保友研究員，以及山東蓬勃生物有限公司王慶彬、陳大印等參與了該項(xiàng)研究。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省高等學(xué)校青創(chuàng)科技計(jì)劃、山東省泰山學(xué)者計(jì)劃、山東省博士后創(chuàng)新項(xiàng)目和山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。