今天我們繼續(xù)分享來(lái)自中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究組的NATURE：NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity。簡(jiǎn)單回顧一下上篇，作者鑒定出了既受到幾丁質(zhì)誘導(dǎo)又能和PigmR蛋白互作的一類(lèi)蛋白PICIs，并且在其中發(fā)現(xiàn)了了PICI1的下游底物OsMETS，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了PICI1能夠使OsMETS去泛素化。接下來(lái)作者進(jìn)一步關(guān)注了OsMETS的功能以及其下游調(diào)節(jié)信號(hào)。
5.OsMETS通過(guò)乙烯通路參與ETI和PTI
作者發(fā)現(xiàn)NIL-Pigm背景的水稻在稻瘟菌侵染下，OsMETS的積累水平隨時(shí)間增加（Fig3A，B）。表明OsMETS可能參與了PTI和ETI。接著作者抬出了構(gòu)建好的OsMETS-KO，OsMETS-OE進(jìn)行菌侵染并檢測(cè)菌生長(zhǎng)表型（Fig3C）。發(fā)現(xiàn)敲除OsMETS后水稻對(duì)TM21敏感度增加，過(guò)表達(dá)則相反。既然控制蛋氨酸合成的基因（OsMETS）與抗病相關(guān)，那么蛋氨酸很可能也和抗病有關(guān)。因此作者注射了蛋氨酸直接觀(guān)察其稻瘟菌抗性（Fig. 3E），也利用蛋氨酸和PICI1突變體，OsMETS突變體做了互補(bǔ)試驗(yàn)。證明了蛋氨酸對(duì)免疫的關(guān)鍵作用。
蛋氨酸是乙烯的前體，而乙烯在植物免疫中起到重要功能。作者檢測(cè)了蛋氨酸處理下水稻的乙烯含量，發(fā)現(xiàn)增加了（Fig. 3F）。相反如果施加乙烯會(huì)導(dǎo)致OsMETS含量下降，說(shuō)明蛋氨酸-乙烯通路存在負(fù)反饋機(jī)制。同樣，預(yù)處理乙烯前體ACC導(dǎo)致免疫增強(qiáng)，預(yù)處理乙烯抑制子AVG導(dǎo)致免疫減弱。而后作者用TH12侵染水稻，原本會(huì)激發(fā)ETI結(jié)果卻導(dǎo)致抗性下降。說(shuō)明乙烯對(duì)PigmR主導(dǎo)的ETI通路至關(guān)重要?？偠灾鞍彼崴{(diào)節(jié)的乙烯對(duì)免疫激活非常重要。
注解：圖A和B說(shuō)的其實(shí)是一件事，即菌侵染下OsMETS的積累。A用的TM21，B用的TH12做的侵染。前者模擬PTI，后者模擬ETI，OsMETS在二者誘導(dǎo)下都能積累。而后除了f圖是乙烯含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，其余都是菌侵染實(shí)驗(yàn)。
6.PigmR保護(hù)PICI1以及PICI1等位基因的免疫多樣性
為了進(jìn)一步探究PICI1的機(jī)制，作者構(gòu)建了一系列表達(dá)Avr基因的轉(zhuǎn)基因水稻。發(fā)現(xiàn)AvrPi9能夠減少內(nèi)源PICI1的含量，由于A(yíng)vrPi9能和PICI1互作（Fig. 4B）。此外，AvrPi9和Avrpizt，AvrPWL2可以促進(jìn)PICI1的降解。但是作者也發(fā)現(xiàn)PICI1的降解在NIL-Pigm背景和日本晴（NIPB）背景下明顯不同，NIL-Pigm背景下PICI1的降解延遲了（Fig. 4E，F(xiàn)）。E和F兩張圖本質(zhì)都是檢測(cè)PICI1蛋白的積累變化，但是選用的材料不一樣。PigmR干擾了PICI1與AvrPi9的互作，進(jìn)而保護(hù)了PICI1免受降解。
在此之上，作者針對(duì)PICI1的啟動(dòng)子區(qū)域進(jìn)行了序列分析。以日本晴作為參考基因組，共選取了27個(gè)japonica，19個(gè)indica，以及13個(gè)rufipogon（野生稻）作為材料，鑒定出27個(gè)SNP。這27個(gè)SNP都來(lái)自于indica，因此命名為ProPICI1ind。而大部分japonica中的PICI1單倍型都是NIPB型，因此命名為ProPICI1jap，二者的單倍型分布如圖Fig4g。對(duì)于ProPICI1作者計(jì)算了PICI1ind，PICI1jap和PICI1rufi的Pi值。發(fā)現(xiàn)在PICI1基因的5'UTR前方，兩個(gè)馴化種出現(xiàn)了明顯的多態(tài)性下降（Fig4h），說(shuō)明PICI1的啟動(dòng)子區(qū)域發(fā)生了馴化，PICI1基因因此被選擇。這里的選擇是通過(guò)啟動(dòng)子的選擇間接實(shí)現(xiàn)的。作者更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?gòu)建了染色體置換系，將 PICI1jap的promoter轉(zhuǎn)到了秈稻Huajingxian74（得到的轉(zhuǎn)基因植株命名為圖中的CSSL），結(jié)果發(fā)現(xiàn)CSSL的PICI1表達(dá)量上升了。表明ProPICI1ind的功能是增加PICI1的表達(dá)。最終作者繪制了 NLRs–PICI1–OsMETS–ethylene (ET)免疫級(jí)聯(lián)模型（Fig4J）。
最后做一下總結(jié)，PTI和ETI的整合是近年來(lái)植物免疫研究的熱點(diǎn)，很多大佬勵(lì)志于尋找二者的偶聯(lián)機(jī)制，以打破ETI和PTI的壁壘。本文也算是回應(yīng)了研究熱點(diǎn)，再一次為ETI和PTI機(jī)制的整合提供了新的依據(jù)。此外，何祖華老師這篇NATURE工作量可謂相當(dāng)巨大，四張主Figure含有的小圖鱗次櫛比。Extended Data Fig更是多達(dá)十張，每張也基本上是滿(mǎn)眼小圖。文章中使用了大量正向遺傳學(xué)方法，經(jīng)常看到各種蛋白質(zhì)的近等基因系，每一個(gè)NIL的構(gòu)建都需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行回交。當(dāng)然，文章的思路非常清晰，免疫信號(hào)傳遞通路每一階都有充分的證據(jù)，還原了NLR—PICI1—蛋氨酸—乙烯免疫通路。
參考信息：
1.Zhai, K., Liang, D., Li, H. et al. NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04219-2
