植物保护学院植物免疫研究团队揭示条锈菌富含甘氨酸/丝氨酸效应子抑制植物免疫反应的分子机理

2022年7月27日，西北农林科技大学植物免疫研究团队在国际著名学术期刊PLoS Pathogens上发表了题为“Glycine-serine-rich effector PstGSRE4 in Puccinia striiformis f. sp. tritici inhibits the activity of copper zinc superoxide dismutase to modulate immunity in wheat”的研究论文。该研究鉴定到一个新的小麦条锈菌富含甘氨酸/丝氨酸效应子PstGSRE4，揭示其通过靶向小麦抗病相关蛋白铜锌超氧化物歧化酶TaCZSOD2抑制植物免疫的分子机理。

由条形柄锈菌小麦专化型（ Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst）引起的小麦条锈病是我国小麦种植区的一种毁灭性病害。作为一种活体营养型寄生真菌，条锈菌通过吸器分泌各种效应子来调节寄主防卫反应。因此，研究条锈菌效应子功能及其调控的寄主免疫反应，有助于深入解析病原菌致病机理，并为创制新的持久抗条锈病材料提供理论依据。

序列分析表明条锈菌效应子PstGSRE4为富含甘氨酸/丝氨酸的分泌蛋白。在本氏烟中瞬时过表达PstGSRE4能够抑制由Bax和Pst322诱导的过氧化氢（H2O2）积累以及细胞程序性死亡（PCD）。本研究通过创制PstGSRE4过表达及RNAi转基因小麦材料发现，在PstGSRE4过表达株系中病菌侵染诱导的H2O2积累被显著抑制，而PstGSRE4-RNAi株系中H2O2积累显著提升且菌丝生长发育受到显著抑制。综上表明PstGSRE4在条锈菌致病性中发挥重要作用。与PstGSRE1不同的是（Qi, et al., 2019），PstGSRE4不含有甘氨酸/丝氨酸富集的PstGSRE1-m9类似基序，且不与PstGSRE1的靶标TaLOL2互作，暗示PstGSRE4通过靶向不同途径调控植物免疫反应，同时表明富含甘氨酸/丝氨酸的效应子可能在调控寄主免疫反应中发挥了重要作用。

通过酵母双杂交（Y2H）、pulldown及免疫共沉淀（Co-IP）实验证明PstGSRE4与小麦铜锌超氧化物歧化酶家族蛋白TaCZSOD2互作。瞬时沉默TaCZSOD2后发现小麦CuZnSOD酶活显著降低且病菌侵染诱导的H2O2积累被显著抑制。进一步在小麦TaCZSOD2过表达材料中发现小麦CuZnSOD酶活显著升高，病菌侵染诱导的H2O2积累显著增加，小麦对条锈菌的抗性得到显著增强。以上结果表明，TaCZSOD2在小麦与条锈菌互作过程中发挥正调控作用。

条锈菌效应子PstGSRE4靶向TaCZSOD2抑制寄主免疫

进一步研究发现，PstGSRE4能够在体外抑制TaCZSOD2的酶活，并且在烟草中瞬时过表达PstGSRE4及PstGSRE4过表达株系中均检测到降低的总CuZnSOD酶活。以上结果表明，PstGSRE4通过抑制TaCZSOD2的酶活以降低总的CuZnSOD酶活，进一步抑制病菌侵染诱导的H2O2积累从而促进自身侵染。该研究丰富和加深了我们对甘氨酸/丝氨酸富含的效应子在植物-病原菌互作中功能的理解，推动了小麦抗锈病的种质创新，为植物锈病的持久绿色防控提供了理论依据。

植物保护学院郭军教授、康振生教授及郭嘉副教授为该论文的通讯作者，博士研究生刘聪为论文的第一作者。植物保护学院顾彪博士及博士研究生王炎峰、王韵茜对本研究提供了帮助，旱区作物逆境生物学国家重点实验室实验平台为文章完成提供了技术支持。本研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1401000），国家自然科学基金项目（32172381和31972224），陕西省重点研发计划（2021ZDLNY01-01），陕西省自然科学基础研究发展计划（2020JZ-13）和教育部111项目（B07049）资助。

文章链接：https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1010702

编辑：徐鑫

终审：李筱英