自然界中，各種病原菌的入侵嚴(yán)重威脅植物健康和糧食安全，了解病原菌侵染的機(jī)制，對(duì)于控制病害發(fā)生具有重要意義。多年以來(lái)的植物-病原菌互作分子機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，病原菌在與植物互相博弈過(guò)程中，進(jìn)化出了多種致病武器，其中III型分泌系統(tǒng)（Type III Secretion System，T3SS）能夠?qū)⒉≡男?yīng)因子蛋白（Effector）分泌到植物細(xì)胞內(nèi)（或細(xì)胞間隙），通過(guò)抑制宿主免疫或者干擾宿主細(xì)胞內(nèi)正常的生理過(guò)程，來(lái)促進(jìn)其侵染。之前的研究表明，一些效應(yīng)因子如丁香假單胞菌（Pseudomonas syringae）分泌的AvrE、HopM1及黃單胞桿菌（Xanthomonas gardneri）分泌的AvrHah1，能夠誘導(dǎo)植物葉片產(chǎn)生水漬（water soaking），使得胞間質(zhì)變成一種利于病原菌生長(zhǎng)的、水分充足的環(huán)境，從而促進(jìn)病原菌的侵染。而自然界中，人們?cè)诤芏嘀参锊『Πl(fā)生過(guò)程中都觀察到了這種水漬現(xiàn)象，說(shuō)明誘導(dǎo)水漬產(chǎn)生可能是一種被不同病原微生物廣泛利用的侵染策略。之前的研究表明，黃單胞桿菌產(chǎn)生的AvrHah1靶向宿主的bHLH轉(zhuǎn)錄因子從而上調(diào)了果膠裂解酶的表達(dá)，導(dǎo)致胞間質(zhì)滲透勢(shì)增強(qiáng)、從環(huán)境中吸水進(jìn)而產(chǎn)生水漬；而丁香假單胞菌效應(yīng)因子AvrE、HopM1誘導(dǎo)水漬產(chǎn)生的機(jī)制仍不清楚。

　　2022年3月5日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究組在Cell Host & Micobe上發(fā)表了題為“Bacterial effectors manipulate plant abscisic acid signaling for creation of an aqueous apoplast”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)丁香假單胞菌的效應(yīng)因子AvrE通過(guò)靶向植物的TOPP-SnRK2模塊，上調(diào)植物的ABA信號(hào)、誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而促進(jìn)了葉片水漬的產(chǎn)生和病原菌的侵染。

　　該項(xiàng)研究從效應(yīng)因子AvrE在植物細(xì)胞內(nèi)的互作蛋白（AvrE的潛在靶標(biāo)）入手，首先發(fā)現(xiàn)AvrE能夠與植物I型磷酸酶（Type One Protein Phosphatase, TOPP）互作，之后通過(guò)CRIPSR-Cas9技術(shù)獲得了TOPP家族的多突變體。其中五突變體topp12537在高濕條件下（無(wú)病原物侵染時(shí)）在葉片上出現(xiàn)水漬的表型，且在病原菌侵染之后和野生型擬南芥Col-0相比也表現(xiàn)出更強(qiáng)的水漬，因此在丁香假單胞菌DC3000菌株侵染時(shí)更加感病。敲除兩個(gè)效應(yīng)因子的avrE-/hopM1-菌株相比野生型DC3000，對(duì)擬南芥的侵染能力大大下降，而TOPP1/2/3/5/7的突變能部分回補(bǔ)avrE-/hopM1-的侵染能力。而另外兩個(gè)突變組合topp12546和topp12589并沒(méi)有表現(xiàn)出水漬或病原菌侵染相關(guān)的表型。說(shuō)明TOPP家族的部分蛋白參與了AvrE介導(dǎo)的毒性功能。此外,topp12537植物還表現(xiàn)出種子萌發(fā)和子葉展開(kāi)延遲、氣孔開(kāi)度減小等脫落酸(Abscisic acid， ABA)信號(hào)上調(diào)的表型，這與之前報(bào)道TOPP負(fù)調(diào)控植物ABA信號(hào)的結(jié)果一致，說(shuō)明AvrE可能靶向植物TOPP而干擾植物ABA信號(hào)的調(diào)控。之前的研究表明TOPP能夠抑制ABA信號(hào)過(guò)程中的關(guān)鍵激酶SnRK2(Sucrose non-fermenting 1-Related protein Kinase 2s)的活性，當(dāng)ABA信號(hào)激活時(shí)，SnRK2活性位點(diǎn)S175的磷酸化（表征其激酶活性）顯著增強(qiáng)。辛秀芳研究組的這項(xiàng)研究中通過(guò)體外激酶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TOPP1/2/5/3/7能夠在不同程度上抑制SnRK2的S175位點(diǎn)磷酸化，與之前研究結(jié)果一致。更有意思的是， AvrE的加入能夠解除TOPP對(duì)SnRK2磷酸化的抑制。進(jìn)一步通過(guò)煙草和擬南芥中的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，證明了在植物體內(nèi)AvrE確實(shí)能夠上調(diào)SnRK2的磷酸化。最后該研究證明了在DC3000侵染過(guò)程中，能夠誘導(dǎo)ABA的積累、ABA響應(yīng)基因的表達(dá)上調(diào)，以及促進(jìn)氣孔關(guān)閉，并且這些過(guò)程都依賴(lài)于AvrE/HopM1效應(yīng)因子。同時(shí)，用病原菌侵染ABA合成缺陷突變體以及下游信號(hào)通路的突變體植物，發(fā)現(xiàn)ABA相關(guān)的突變體中，水漬減弱、抗病性增強(qiáng)，進(jìn)一步證明了ABA信號(hào)途徑對(duì)于水漬產(chǎn)生和AvrE/hopM1毒性功能的重要性。該研究闡述了植物的ABA通路除了介導(dǎo)對(duì)干旱等非生物脅迫的抗性，也在植物-病原物互作過(guò)程中扮演重要角色，可以被病原物“劫持”和“利用”、改變?nèi)~片水分狀態(tài)而促進(jìn)侵染。

　　中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生胡葉舟、丁彥霞為共同第一作者，蔡博瑩、袁民航、萬(wàn)詩(shī)偉、吳婧妮參與了此工作。辛秀芳研究員為通訊作者。此工作與中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心植物逆境生物學(xué)研究中心趙楊研究員以及秦曉惠博士合作完成。該工作得到了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委等的資助。

　　論文連接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(22)00088-9

丁香假單胞菌效應(yīng)蛋白操縱宿主ABA激素通路促進(jìn)水漬產(chǎn)生

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