植物免疫研究團(tuán)隊(duì)揭示條銹菌富含甘氨酸/絲氨酸效應(yīng)子抑制植物免疫反應(yīng)的分子機(jī)理

2022年7月27日，我院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊PLoS Pathogens上發(fā)表了題為“Glycine-serine-rich effector PstGSRE4 in  Puccinia striiformis f. sp.  tritici  inhibits the activity of copper zinc superoxide dismutase to modulate immunity in wheat”的研究論文。該研究鑒定到一個(gè)新的小麥條銹菌富含甘氨酸/絲氨酸效應(yīng)子PstGSRE4，揭示其通過(guò)靶向小麥抗病相關(guān)蛋白銅鋅超氧化物歧化酶TaCZSOD2抑制植物免疫的分子機(jī)理。

由條形柄銹菌小麥專化型（  Puccinia striiformis  f. sp.  tritici ,  Pst ）引起的小麥條銹病是我國(guó)小麥種植區(qū)的一種毀滅性病害。作為一種活體營(yíng)養(yǎng)型寄生真菌，條銹菌通過(guò)吸器分泌各種效應(yīng)子來(lái)調(diào)節(jié)寄主防衛(wèi)反應(yīng)。因此，研究條銹菌效應(yīng)子功能及其調(diào)控的寄主免疫反應(yīng)，有助于深入解析病原菌致病機(jī)理，并為創(chuàng)制新的持久抗條銹病材料提供理論依據(jù)。

序列分析表明條銹菌效應(yīng)子PstGSRE4為富含甘氨酸/絲氨酸的分泌蛋白。在本氏煙中瞬時(shí)過(guò)表達(dá) PstGSRE4 能夠抑制由Bax和Pst322誘導(dǎo)的過(guò)氧化氫（H₂O₂）積累以及細(xì)胞程序性死亡（PCD）。本研究通過(guò)創(chuàng)制 PstGSRE4 過(guò)表達(dá)及RNAi轉(zhuǎn)基因小麥材料發(fā)現(xiàn)，在PstGSRE4過(guò)表達(dá)株系中病菌侵染誘導(dǎo)的H₂O₂積累被顯著抑制，而 PstGSRE4 -RNAi株系中H₂O₂積累顯著提升且菌絲生長(zhǎng)發(fā)育受到顯著抑制。綜上表明PstGSRE4在條銹菌致病性中發(fā)揮重要作用。與PstGSRE1不同的是（Qi, et al., 2019），PstGSRE4不含有甘氨酸/絲氨酸富集的PstGSRE1-m9類似基序，且不與PstGSRE1的靶標(biāo)TaLOL2互作，暗示PstGSRE4通過(guò)靶向不同途徑調(diào)控植物免疫反應(yīng)，同時(shí)表明富含甘氨酸/絲氨酸的效應(yīng)子可能在調(diào)控寄主免疫反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。

通過(guò)酵母雙雜交（Y2H）、pulldown及免疫共沉淀（Co-IP）實(shí)驗(yàn)證明PstGSRE4與小麥銅鋅超氧化物歧化酶家族蛋白TaCZSOD2互作。瞬時(shí)沉默 TaCZSOD2 后發(fā)現(xiàn)小麥CuZnSOD酶活顯著降低且病菌侵染誘導(dǎo)的H₂O₂積累被顯著抑制。進(jìn)一步在小麥 TaCZSOD2 過(guò)表達(dá)材料中發(fā)現(xiàn)小麥CuZnSOD酶活顯著升高，病菌侵染誘導(dǎo)的H₂O₂積累顯著增加，小麥對(duì)條銹菌的抗性得到顯著增強(qiáng)。以上結(jié)果表明，TaCZSOD2在小麥與條銹菌互作過(guò)程中發(fā)揮正調(diào)控作用，

條銹菌效應(yīng)子PstGSRE4靶向TaCZSOD2抑制寄主免疫

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PstGSRE4能夠在體外抑制TaCZSOD2的酶活，并且在煙草中瞬時(shí)過(guò)表達(dá) PstGSRE4 及 PstGSRE4 過(guò)表達(dá)株系中均檢測(cè)到降低的總CuZnSOD酶活。以上結(jié)果表明，PstGSRE4通過(guò)抑制TaCZSOD2的酶活以降低總的CuZnSOD酶活，進(jìn)一步抑制病菌侵染誘導(dǎo)的H₂O₂積累從而促進(jìn)自身侵染。該研究豐富和加深了我們對(duì)甘氨酸/絲氨酸富含的效應(yīng)子在植物-病原菌互作中功能的理解，推動(dòng)了小麥抗銹病的種質(zhì)創(chuàng)新，為植物銹病的持久綠色防控提供了理論依據(jù)。

我院郭軍教授、康振生教授及郭嘉副教授為該論文的通訊作者，博士研究生劉聰為論文的第一作者。植物保護(hù)學(xué)院顧彪博士及博士研究生王炎峰、王韻茜對(duì)本研究提供了幫助，旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為文章完成提供了技術(shù)支持。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1401000），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32172381和31972224），陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021ZDLNY01-01），陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2020JZ-13）和教育部111項(xiàng)目（B07049）資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1010702