Nature Commun | 植物免疫中ROS产生的调控新机制

来源：BioArt植物

植物免疫调节依赖于细胞膜上的模式识别受体（PRR）对病原体相关分子模式（PAMP）的识别，进而触发PTI（pattern-triggered immunity）。病原菌侵染后，各种细胞内激酶与PRR复合物之间的一系列反磷酸化事件会导致下游信号的激活，包括活性氧（ROS）迸发、MAPK级联的激活、钙离子内流、钙依赖性蛋白激酶（CPKs）的调节以及转录重编程等【1】。

PTI过程中的ROS产生对于成功激活针对病原菌侵染的免疫反应至关重要，并且主要由植物NADPH氧化酶RBOHD家族成员介导。研究表明，RBOHD是一种膜定位蛋白，具有六个保守的跨膜螺旋以及胞质N和C末端。当PRR感知PAMP后，钙离子内流会通过CPKs介导RBOHD的N-端EF手基序（EF-hand motifs）的构象变化，并且多种细胞内蛋白激酶会诱导RBOHD N末端激活域的磷酸化，以保证ROS的产生【2】。尽管激活RBOHD的磷酸化事件已经被大量报道，但是目前尚不清楚植物体如何负调控（抑制）NADPH氧化酶介导的ROS产生。

植物免疫的负调控对于成功的免疫反应也至关重要，因为免疫激活后，自发激活或者无法抑制的信号传导可能会对宿主产生有害影响，而根据是否存在病原菌而进行的免疫负调控可以微调免疫反应的幅度，时间和持续时间，进而对免疫反应的精确控制至关重要【3】，但是目前关于PAMP感知后使受体信号失活的调节因子和分子机制尚不清楚。

加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）的Gitta Coaker的研究表明，拟南芥胞质类受体激酶（Receptor-like cytoplasmic kinases，RLCKs）VII家族成员与防御信号转导的调控有关，其中PBL13（AvrPphB SUSCEPTIBLE1-LIKE13）是PTI的负调节因子并且PBL13具有其他RLCK中未发现的独特C末端重复序列【4】。该研究发现pbl13 突变体的ROS产生增强并且伴随着对病原菌的抗性的增强，但是目前尚不清楚PBL13抑制PTI的潜在机制及其与ROS信号的关联。

近日，Gitta Coaker课题组又在Nature communications在线发表了一篇题为Regulation of reactive oxygen species during plant immunity through phosphorylation and ubiquitination of RBOHD的研究论文，在拟南芥中揭示了一个NADPH氧化酶翻译后网络调节ROS产生的机制。

该研究表明，RBOHD受C末端磷酸化和泛素化的调节，PBL13与RBOHD的C末端缔合并直接使其特异性磷酸化，并且这种底物特异性和磷酸转移活性需要PBL13的C末端重复序列。进一步的研究表明，RBOHD的两个磷酸化残基（S862和T912）分别影响RBOHD的活性和稳定性，并且RBOHD蛋白积累受到PBL13的负调节。

该研究使用蛋白质芯片技术首次鉴定了与PBL13和RBOHD的C末端相互作用的E3泛素连接酶PIRE（PBL13 interacting RING domain E3 ligase）。研究发现，PIRE特异性泛素化RBOHD （不能泛素化PBL13），并且pire基因敲除株系中RBOHD蛋白积累增加，PAMP诱导的ROS迸发增强但是病原菌繁殖受到抑制。此外，在正常条件下，PIRE与RBOHD组成性结合，通过磷酸化和泛素化作用抑制RBOHD蛋白的积累，但是在感知到flg22后，会强烈磷酸化PIRE，并调节RBOHD依赖性ROS的产生。

Model of PBL13 and PIRE regulation of RBOHD

总之，该研究揭示了一个调节NADPH氧化酶RBOHD活性的复杂的磷酸化和泛素化网络。该研究揭示了免疫信号传导调节的新机制，并扩展了对翻译后修饰调节信号转导的理解。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15601-5