单立波/何平教授团队揭示植物免疫调控新机制

来源：BioArt植物

植物与病原菌之间的互作过程是物种间信息交流非常奇妙的过程，面对种类繁多、习性各异的微生物，植物进化出第一道免疫防线，被称为PTI（PAMP-triggered immunity）。这一过程中定位在细胞膜上的PRRs（pattern recognition receptors）起关键作用。PRRs包括三个典型的结构域：胞外配体结合结构域，跨膜结构域和胞内激酶结构域，PRRs可以特异识别病原体保守的PAMP（pathogen-associated molecular pattern，例如细菌的鞭毛蛋白和真菌的几丁质），通过跨膜结构域激活胞内的激酶结构域，进而激活下游的免疫信号【1】。

拟南芥胞质受体类激酶（Receptor-like cytoplasmic kinases, RLCKs）BIK1是与多个重要PRRs蛋白（例如FLS2、BAK1和SERK）有关的免疫调节因子。BIK1在PRRs复合体的下游发挥作用。BIK1可以磷酸化细胞膜上的NAHPH氧化酶类进而调节活性氧的产生，也可以磷酸化离子通道功能相关的核苷酸，改变胞质内钙离子的浓度等【2,3】。然而，BIK1的激活及其与PRR复合物动态关系的调控目前还不清楚。

2020年4月22日，美国德州农工大学（Texas A&M University）单立波教授和何平教授团队在Nature上发表一篇题为Ligand-induced monoubiquitination of BIK1 regulates plant immunity的研究论文，报道了BIK1蛋白与植物细胞表面的PRRs蛋白之间一条新的调控途径，揭示了配体引发的BIK1单泛素化调控植物免疫的新机制。

该研究首先利用共聚焦显微镜观察到BIK1蛋白在细胞膜间动态分布，flg22处理后BIK1丰度上升，FLS2的丰度同样也会上升但是稍晚。已有的研究表明，U-box E3连接酶类PUB12和PUB13通过多位点泛素化FLS2促进其降解【4】。研究人员猜测BIK1可能也会被泛素化，免疫共沉淀的结果显示BIK1发生了单泛素化，进一步扩大范围研究发现除flg22外其他类的MAMPs，包括elf18, pep1, 几丁质也可以引起BIK1的单泛素化，说明BIK1被单泛素化是MAMPs诱发后的统一事件。

已有的研究发现，flg22处理后的BIK1还可以被磷酸化【5,6】。该研究发现，flg22诱导的BIK1磷酸化是BIK1在细胞膜上单泛素化的前提。为了鉴定BIK1被泛素化相关的分子伴侣，研究人员利用酵母双杂交筛选到编码E3泛素连接酶的基因RHA3A（AT2G17450），并通过体内体外互作实验进行了确认。同时发现，与RHA3A同一家族的RHA3B也可以与BIK1互作。体外泛素化检测发现RHA3A可以自泛素化，经过突变体分析，确定RHA3A/B正调控flg22诱导BIK1的单泛素化。利用液相色谱串联质谱对RHA3A泛素化BIK1的关键功能位点进行分析，发现RHA3A单泛素化BIK1，可能BIK1被单泛素化的位点并不单一，也可能在被泛素化过程中存在多泛素化过程，而且BIK1的被磷酸化不受其单泛素化影响。经过一系列突变体和转基因株系检测，证实了RHA3A/B单泛素化BIK1可以调控ROS的产生和植物免疫。

研究人员利用正常的BIK1和单泛素化缺陷的BIK1对内吞进行了研究，发现BIK1和FLS2可能不能同时内吞，与它们的泛素化类型不同有关，而被诱导单泛素化的BIK1直接影响其细胞膜的内吞过程，分析单泛素化缺陷的BIK1对FLS2细胞膜内吞及FLS2与BIK1解离的影响，说明被诱导单泛素化BIK1的过程对BIK1从细胞膜受体PRRs复合体上解离、BIK1的内吞以及激活免疫信号传导有重要作用。

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综上所述，本研究揭示了一条不同于PUB25和PUB26多泛素化BIK1调控其稳定【7】、PUB12或PUB13多泛素化FLS2调控其降解【5,8】的PTI调控途径，即发现了被MAMPs诱导过程中，RHA3A/B介导BIK1的单泛素化促进其从PRR复合体分离并刺激其细胞膜内吞的现象，并且研究了这一过程在植物免疫反应中的重要功能，为深入理解植物天然免疫的机制提供了新的见解。