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中科院微生物所刘俊团队发现新的伤害分子,揭示植物免疫激活的新机制

信息来源:Nature Communications  发布时间: 2021-04-16   点击数:保护视力色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)

刘俊研究组首先通过转录组分析发现稻瘟菌糖基水解酶GH12 (Glycosyl hydrolase 12)家族基因MoCel12A/B在侵染水稻时上调表达,其编码的蛋白MoCel12A/B在侵染时被分泌至水稻质外体。敲除MoCel12A/B增强了病菌的致病力,说明这些基因负调控了稻瘟菌的致病性。水稻中异源表达MoCel12A/B会引起水稻的自免疫反应,并增强水稻的抗病性。MoCel12A/B具有葡聚糖内切酶活性,特异性地水解β-1,3-1,4骨架的葡聚糖。质谱分析显示MoCel12A/B可以降解水稻细胞壁,产生特异的三糖和四糖。这些寡糖可以激发水稻的免疫反应,如活性氧迸发、MAPK激活和抗性基因的表达。以往有研究报道由纤维素降解生成的寡糖可以诱导钙离子内流和部分抗性基因的表达,但是却不能激发上述典型的免疫响应(Souza et al., 2017)。值得注意的是,该研究发现的这些寡糖都具有β-1,3-1,4-葡萄糖骨架,主要存在于禾本科植物的半纤维素中,是一类新型的DAMPs分子。

进一步研究发现,这些寡糖激活的免疫反应依赖于水稻LysM受体类激酶 OsCERK1。在oscerk1的突变体中,这些特异性寡糖不能激活免疫响应。OsCERK1可以与这些寡糖结合,并诱导OsCERK1和几丁质结合蛋白OsCEBiP 形成受体复合物并激活下游的免疫响应。值得注意的是几丁质不能够与OsCERK1发生强烈的结合(Cao et al., 2014; Liu et al., 2016)。刘俊课题组的研究结果显示,水稻细胞壁释放的特异的寡糖分子可以强烈结合OsCERK1,可能是OsCERK1在免疫反应中的配体。此外,这些特异性的寡糖分子不能够强烈激活双子叶植物拟南芥的免疫响应,说明OsCERK1识别水稻半纤维素降解的寡糖分子可能在进化上具有特异性。综上所述,这项研究首次明确了来源于禾本科植物特有的半纤维素的寡糖作为DAMPs参与植物免疫反应的作用机制,同时发现了OsCERK1是这些寡糖在水稻中的潜在受体。