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科研进展

植物逆境中心Alberto Macho研究组揭示植物中感知青枯菌多态性鞭毛的新型免疫受体

2020-07-28

        2020年7月28日,Nature communications在线发表了中国科学院上海植物逆境生物学研究中心/ 中国科学院分子植物科学卓越创新中心Alberto Macho研究组题为An immune receptor complex evolved in soybean to perceive a polymorphic bacterial flagellin的研究论文,该研究揭示大豆进化出了能够感知青枯菌鞭毛蛋白的受体,这是植物-细菌协同进化的一个典型案例。
 
        由细菌性病原体导致的植物病害是威胁世界性粮食安全的重要因素。植物青枯病的病原体-青枯菌,可以侵染50个科250多种植物,包括一些重要的粮食作物,例如土豆,西红柿,烟草,香蕉,青椒和茄子等,造成巨大的经济损失。植物免疫系统能够检测保守的细菌病原分子,并启动免疫反应来抑制疾病的发生。鞭毛蛋白是研究最为广泛的细菌病原分子,是构成细菌鞭毛的元件。虽然大多数细菌的鞭毛蛋白能够被植物识别并激起免疫反应,但是青枯菌的鞭毛蛋白发生了多态性的改变,成功逃避了植物中常规受体的识别。
 
        与病原性flg22相比,青枯菌flg22表位存在9个多态性位点,并且能够逃避拟南芥和烟草的识别。病原性flg22与拟南芥FLS2/BAK1受体的晶体结构已经被解析,根据已知结构信息,该研究进行同源结构建模与定点突变分析,确定青枯菌flg22中18-21位氨基酸的多态性对逃避免疫起关键性作用(图A)。更有趣的是,该研究首次发现了大豆能够识别青枯菌多态性的flg22(图B),并且成功鉴定青枯菌flg22受体GmFLS2/GmBAK1(图C)。同时,该研究根据已知flg22/AtFLS2/AtBAK1三元结构对青枯菌flg22/GmFLS2/GmBAK1结构进行同源建模分析,锁定大豆受体获得识别的重要位点GmFLS2-Q368和GmFLS2-R483(图D)。此外,该研究发现,GmFLS2/GmBAK1的表达,能够增强番茄对青枯菌的抗性(图E),具有良好的应用前景。
 
        综上,该研究首次揭示了大豆中识别青枯菌多态性鞭毛的等位变异受体,并证明此多态性鞭毛蛋白的识别能够增强植物抗病性,为提升农作物对青枯菌的抗性提供了一种新策略。此外,揭示flg22中负责逃避和GmFLS2中负责获取感知的关键性残基,为合成生物学方法定制免疫受体,扩大受体识别范围提供了指导,使多态性病原体激发子的识别成为可能。
 
        Alberto Macho研究组博士生魏雅丽为本文的第一作者,Alberto Macho研究员为本文的通讯作者。该研究得到了中国科学院和国家自然科学基金的支持。
 
论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17573-y