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來自中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的研究人員發(fā)表了題為“Lysin Motif–Containing Proteins LYP4 and LYP6 Play Dual Roles in Peptidoglycan and Chitin Perception in Rice Innate Immunity”的文章,發(fā)現(xiàn)了兩個在水稻天然免疫調(diào)控中扮演重要作用的模式識別受體,并解析了這兩個受體的作用機制,為進一步探討植物天然免疫提供了寶貴的資料。相關(guān)成果公布在植物性領(lǐng)域期刊the Plant Cell雜志(doi:10.1105/tpc.112.102475)文章的通訊作者是中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王金發(fā)教授團隊的青年學(xué)術(shù)骨干王宏斌副教授,該課題組長期從事植物分子生物學(xué)領(lǐng)域的研究。
植物的天然免疫是植物免疫系統(tǒng)的重要組成部分,植物能通過細胞表面免疫受體和胞內(nèi)免疫受體感受來源于病原微生物的分子,激活天然免疫,抵御病原物的侵染。這些存在于植物細胞膜上的受體(模式識別受體,pattern-recognition receptors,PRRs)能通過識別病原體上的一些共有的、保守的分子基序(即微生物相關(guān)分子模式,microbe-associated molecular patterns, MAMPs),引發(fā)先天免疫反應(yīng)。不同種類的病原菌具有不同的MAMPs,例如肽聚糖(PGN)和幾丁質(zhì)(chitin)分別是細菌與真菌的MAMPs。長期以來,尋找植物細胞表面針對各種病原微生物相關(guān)分子的特異性識別受體,是理解植物天然免疫反應(yīng)的關(guān)鍵。
有趣的是,研究人員發(fā)現(xiàn)用過量的肽聚糖進行預(yù)處理,會造成水稻細胞對幾丁質(zhì),而不是鞭毛蛋白應(yīng)答的大幅度下降,相反,幾丁質(zhì)的預(yù)處理,則會引起細胞對肽聚糖應(yīng)答靈敏度降低,這說明肽聚糖和幾丁質(zhì)在水稻中有重疊的感應(yīng)元件。總而言之,這項研究證明了LYP4 和LYP6在水稻天然免疫調(diào)控中的關(guān)鍵作用,指出了這兩種蛋白能作為肽聚糖和幾丁質(zhì)的多重模式識別受體。該研究在植物中發(fā)現(xiàn),可識別跨物種(細菌與真菌)微生物病原相關(guān)分子的植物模式識別受體。這一研究成果不僅為進一步探討植物天然免疫提供了寶貴的資料,也將促進其信號傳導(dǎo)與調(diào)控機理的研究。此外,水稻作為主要的糧食作物,其產(chǎn)量受細菌病害與真菌病害的嚴(yán)重制約。因此,深入了解水稻感應(yīng)病原菌入侵以及響應(yīng)過程,對于水稻病害防治以及抗性育種具有重要的應(yīng)用前景。
這篇文章中,研究人員發(fā)現(xiàn)兩個同源的水稻含lysin motif(LysM)結(jié)構(gòu)域的糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白:LYP4 和LYP6,能結(jié)合細菌肽聚糖(peptidoglycan, PGN)結(jié)構(gòu),以及真菌幾丁質(zhì)(chitin)結(jié)構(gòu),作為模式識別受體PRRs,引發(fā)水稻作出免疫應(yīng)答。研究人員通過亞細胞定位與微粒體組份分離鑒定,確定這些蛋白在水稻細胞中的細胞膜定位,并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)水稻接觸到細菌病原體,或者不同的微生物相關(guān)分子模式時,能快速誘導(dǎo)編碼這兩個蛋白的基因轉(zhuǎn)錄。除此之外,研究人員通過體內(nèi)外結(jié)合試驗表明, LYP4 和LYP6能選擇性結(jié)合肽聚糖和幾丁質(zhì),而不能結(jié)合脂多糖(LPS),因此沉默這兩個基因之一,會特異性造成水稻中PGN-,或者chitin-誘導(dǎo)的防御應(yīng)答,比如活性氧的生成,防御基因的激活,胼胝質(zhì)沉積等,從而無法抵抗水稻白葉枯病菌,以及真菌稻瘟病菌的侵襲,但并不會影響到LPS相關(guān)的應(yīng)答。