中山大学李剑峰课题组揭示植物免疫负调控新机制

来源：BioArt植物

植物主要依靠细胞膜上的免疫受体（PRR）识别病原菌的微生物相关分子模式（MAMP，如细菌鞭毛flg22和真菌几丁质）激活模式触发式免疫（PTI），从而获得对病原菌的基础抗性。PTI的持续激活会抑制植物生长。因此，PTI的负调控因子具有非常重要的生理功能。另一方面，病原菌能够分泌致病因子进入植物细胞，通过负调控PTI而造成植物的感病性（ETS）。进而，植物能够利用胞内的免疫受体（R蛋白）感知致病因子或其破坏效应，激活以细胞死亡为主要形式的效应触发式免疫（ETI）。上述即为经典的植物－病原菌互作的“Z”字模型。举一例如下：

拟南芥PTI的负调控因子RIN4可结合FLS2并抑制其激活，以防止FLS2在未识别flg22的情况下激活免疫；FLS2对flg22的识别能导致RIN4的Ser141位点发生磷酸化，解除对FLS2的抑制而激活PTI；丁香假单胞菌分泌的致病因子AvrRpm1能够操纵未知的拟南芥激酶，磷酸化RIN4的Thr166位点，从而抑制flg22诱导的Ser141磷酸化，使RIN4保持对FLS2的抑制而造成ETS；拟南芥进而通过R蛋白RPM1识别RIN4的Thr166磷酸化，激活ETI。然而，AvrRpm1究竟利用了什么宿主激酶使RIN4的Thr166位点发生磷酸化一直有待阐明。

2021年2月2日，中山大学李剑峰课题组在The Plant Cell发表了题为The receptor-like cytoplasmic kinase CDG1 negatively regulates Arabidopsis pattern-triggered immunity and is involved in AvrRpm1-induced RIN4 Phosphorylation的研究论文，揭示了拟南芥类受体胞质激酶CDG1是PTI的负调控因子，而AvrRpm1能够诱导CDG1磷酸化RIN4的Thr166位点，造成植物的ETS。

在该研究中，作者首先通过在拟南芥原生质体中逐个过表达23个类受体胞质激酶（RLCK）VII家族成员，发现过表达CDG1能够抑制flg22引发的MAPK激活。随后构建了CDG1过表达或敲除植株，从植株水平确认了CDG1对flg22信号转导的负调控作用，同时发现CDG1也参与了对几丁质信号转导的负调控。接下来，作者发现CDG1能够与flg22受体FLS2和几丁质共受体CERK1互作，而CDG1过表达引起的自激活能够造成FLS2和CERK1的降解。进一步研究发现，CDG1还能与MAPK级联通路中的 MEKK1（MAPKKK8）发生互作。意外的是，在MEKK1激酶失活背景下，CDG1过表达则不会引发FLS2和CERK1的降解；反之，雌二醇诱导的MEKK1过表达或组成型激活的MPK4 D198G／E202A突变体均能促进FLS2降解。这些结果表明CDG1及其下游MEKK1介导的MPK4通路参与了对flg22激活的FLS2稳定性的负反馈调控。另一方面，作者发现AvrRpm1能够诱导CDG1与RIN4发生互作并在体外磷酸化RIN4的Thr166位点。在cdg1突变体中，AvrRpm1诱导的RIN4 Thr166磷酸化以及该磷酸化触发的细胞死亡都显著减弱，提示CDG1是被AvrRpm1操纵并磷酸化RIN4 Thr166位点的宿主激酶之一。最后，作者发现AvrRpm1表达也能够诱导FLS2的降解。该降解完全依赖于RIN4，部分依赖于CDG1，但不依赖于MEKK1的激酶活性，说明PTI中CDG1调控的FLS2降解与ETS中AvRpm1调控的FLS2降解经由不同机制。

中山大学博士生杨秋姣为论文的第一作者，李剑峰教授为唯一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委面上项目的资助。