植物在生長發(fā)育過程中不斷受到各種病原菌的威脅，而在植物-病原菌長期的協同進化過程中，植物自身積累了豐富的潛在抗病資源。植物免疫的本質是機體識別‘自我’和‘非我’，當植物遭到病原體侵襲后，植物作為宿主會識別‘非我’，并產生相應信號，進而引起一系列免疫反應。目前，植物對DAMP(損傷相關的分子模式)的識別激發(fā)免疫已經有一些報道，但是對于植物識別“自我”激發(fā)免疫的例子還少有報道。質外體空間，作為植物與病原物相互作用的“前沿戰(zhàn)場”，其中更是蘊含著豐富的免疫蛋白。盡管已有一些研究表明，在植物中表達、外施具有抗菌或誘導免疫活性的植物蛋白可有效減輕病害的發(fā)生，然而對于水稻外泌抗病蛋白的鑒定和作用機制的研究仍十分有限。
近日，Molecular Plant在線發(fā)表了植物保護學院丁新華教授團隊題為“Recognition of the inducible, secretory small protein OsSSP1 by the membrane receptor OsSSR1 and coreceptor OsBAK1 confers rice resistance to the blast fungus”的研究論文。該研究揭示了一個水稻分泌小蛋白OsSSP1在稻瘟病菌侵染階段從細胞內被分泌到質外體空間中，被植物自身膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1所識別，激發(fā)植物免疫的分子機制。同時發(fā)現，植物的這種對自身分泌蛋白的自我識別過程產生的抗性具有很好的廣譜性。該工作對豐富水稻廣譜抗性資源、控制水稻病害，保證糧食安全具有重要意義。
該研究首先發(fā)現，水稻一個外泌小蛋白OsSSP1 (Oryza sativa secretory small protein 1)在稻瘟病菌侵染過程中，可以被分泌到質外體空間，激發(fā)植物免疫(圖1A-1F)。外源表達這一小蛋白可以在不影響水稻產量相關表型的情況下，顯著減輕稻瘟病的發(fā)病程度(圖1G)；且發(fā)現OsSSP1蛋白可在開放環(huán)境中保存7天，仍具有很好的誘導抗性效果，暗示OsSSP1體外蛋白處理增強水稻抗病性具有可行性。進一步通過構建OsSSP1的過量表達(SSP1-OE)和CRISPR編輯(ssp1)株系發(fā)現，SSP1-OE在病菌侵染過程中具有更強的免疫反應及對稻瘟病的抗性，ssp1株系則表現為較低的免疫反應及更為感病(圖1H-1I)，表明OsSSP1正調控水稻對稻瘟病的抗性。
為了明確OsSSP1激發(fā)植物免疫的機理，研究團隊篩選到與OsSSP1直接相互作用的兩個膜蛋白：膜受體OsSSR1以及共受體OsBAK1。通過雙分子熒光互補、熒光素酶互補成像以及Co-IP手段發(fā)現發(fā)現OsSSP1與膜受體OsSSR1、OsBAK1的互作均發(fā)生在它們的胞外區(qū)域，且OsSSR1與OsBAK1也通過胞外部分互作(圖2A-2F)。進一步發(fā)現，OsSSR1及OsBAK1的基因編輯株系中，由OsSSP1誘發(fā)的植物免疫及水稻抗病性均受到顯著影響(圖2G-2H)，說明OsSSP1所激發(fā)的植物免疫依賴于膜受體OsSSR1以及共受體OsBAK1。
OsSSP1所編碼的蛋白屬于DIR蛋白家族，與木質素及木脂素合成相關。但研究團隊發(fā)現，OsSSP1并不參與木質素及木脂素的合成，這也是對DIR蛋白家族功能上的一個擴充。
鑒于已發(fā)現的能夠誘發(fā)植物免疫反應的激發(fā)子主要來源于病原菌，而該研究所發(fā)現的水稻外泌小蛋白OsSSP1可以被植物自身膜受體蛋白OsSSR1及共受體OsBAK1識別，激發(fā)植物免疫，從而增強植物對病害的抵抗能力(圖3)，因此是對植物免疫防御策略的新的擴充。同時，該蛋白的體外表達具有較好的穩(wěn)定性及誘導抗性效果，且其過量表達轉基因植株對稻瘟病菌不同田間生理小種及其他主要水稻病害均具有較好抗性，不僅進一步豐富了水稻抗病的相關材料，也為基于外泌抗病蛋白的病害防治新策略建立奠定了理論基礎。
圖1 水稻外泌蛋白OsSSP1可以被分泌到質外體空間內激發(fā)植物免疫并增強水稻抗病能力
圖2 OsSSP1介導的植物免疫激發(fā)及抗病性依賴于膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1
圖3 水稻OsSSP1被膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1識別增強植物廣譜抗病的工作模型
植物保護學院碩士研究生趙天楓為論文的第一作者，山東農業(yè)大學植物保護學院尹梓屹教授、李洋副教授以及丁新華教授為論文的共同通訊作者。研究受到了國家重點研發(fā)計劃青年科學家項目、國家自然科學基金、山東省自然科學基金、泰山學者工程計劃等項目的資助。
編 輯：萬 千
審 核：賈 波
