南京农业大学窦道龙团队揭示大豆疫霉CRN效应因子靶标水通道蛋白抑制宿主免疫的机制

来源：BioArt植物

为了应对自然界中多样的病原物的攻击，植物进化出了一套双层免疫系统【1】。细胞膜上的受体蛋白可以识别病原物的病原相关分子模式（PAMP）从而激活PAMP介导的免疫（PAM-triggered immunity, PTI）。低水平的植物免疫也被称为基础免疫。同时，部分效应因子会被植物抗病蛋白直接或间接地识别，触发更加剧烈的免疫（Effector-triggered immunity, ETI）【1】。大豆疫霉（Phytophthora sojae）是大豆上的重要病害，每年给大豆产业造成数百万美元的损失【2】，其在侵染宿主过程中会分泌大量效应因子，其中CRN（Crinkler）效应因子因其能够引起叶片的皱缩而得名。CRN效应因子在疫霉中大量存在，是疫霉与植物互作过程中的重要效应因子，但是对其促进侵染的机制研究较少【3】。

水通道蛋白是生物界中广泛存在的一个蛋白家族，参与生命体的各个生理过程。除了可以转运水之外，水通道蛋白还被报道参与各种小分子的转运，比如二氧化碳，尿素和H2O2等【4】。植物中的水通道蛋白曾被报道参与植物的抗盐，抗旱等途径。对水通道蛋白参与免疫的研究还较少，拟南芥水通道蛋白AtPIP1;4曾被报道可以转运 H2O2从而促进植物免疫【5】。

近日，南京农业大学植物保护学院窦道龙教授团队在PLOS Pathogen上发表了题为A Phytophthora sojae CRN effector mediates phosphorylation and degradation of plant aquaporin proteins to suppress host immune signaling的的研究论文，揭示了大豆疫霉CRN效应因子CRN78通过磷酸化降解水通道蛋白，最终促进致病的新机制。

本文首先通过生信分析，确定了大豆疫霉编码了7个含有蛋白激酶结构域的CRN效应因子，并选择了CRN78作为研究对象。通过异源表达，作者发现CRN78可以显著增强疫霉的侵染。CRN78具有膜定位与核定位，通过增加核输入信号和核输出信号，作者发现CRN78的膜定位对其毒性很重要。同时，CRN78的激酶结构域对其功能也很重要。通过免疫沉淀和质谱技术，作者进一步发现CRN78与水通道蛋白NbPIP2;2互作。通过过表达和沉默实验，作者证明了NbPIP2;2是植物免疫的正调控因子，并且可以转运H2O2并促进H2O2的积累。而CRN78可以磷酸化NbPIP2;2的279位的丝氨酸从而促进其降解，从而抑制其介导的植物免疫。最后，作者发现CRN78也可以通过相同的机制抑制大豆水通道蛋白GmPIP2-13介导的免疫（下图）。

图：CRN78抑制大豆水通道蛋白GmPIP2-13介导的免疫

在之前的研究中，CRN效应因子被认为在细胞核中发挥功能【3】，该研究创新性地证明了CRN效应因子在膜上也能够发挥毒性功能；通过效应因子磷酸化寄主蛋白从而促进致病的策略在细菌中曾被报道，但在真菌和卵菌中还没有报道。本文发现CRN78可以磷酸化水通道蛋白并促进其降解，最终抑制水通道蛋白介导的免疫，这是疫霉效应因子毒性功能的新机制。

参考文献

1 .Jones JD, Dangl JL. The plant immune system. Nature. 2006; 444(7117): 323–9. pmid:17108957

2. Tyler BM, Tripathy S, Zhang X, et al. Phytophthora genome sequences uncover evolutionary origins and mechanisms of pathogenesis. Science. 2006;313(5791):1261-1266. doi:10.1126/science.1128796

3. Amaro TM, Thilliez GJ, Motion GB, Huitema E. A Perspective on CRN Proteins in the Genomics Age: Evolution, Classification, Delivery and Function Revisited. Front Plant Sci. 2017; 8, 99. pmid:28217133

4. Quigley F, Rosenberg JM, Shachar-Hill Y, Bohnert HJ. From genome to function: the Arabidopsis aquaporins. Genome Biol. 2002; 3(1): RESEARCH0001. pmid:11806824

5. Tian S, Wang X, Li P, et al. Plant Aquaporin AtPIP1;4 Links Apoplastic H2O2 Induction to Disease Immunity Pathways. Plant Physiol. 2016; 171(3): 1635–50. pmid:26945050

原文链接：

https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1009388

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247504152&idx=2&sn=c9bd59284809c4dba394cad267293bf5