突破！细菌鞭毛蛋白被植物受体识别的机制

来源：iPlants

植物通过鞭毛蛋白敏感的受体激酶（FLS2）识别鞭毛蛋白片段启动免疫反应，这是一种在被子植物中高度保守过程。近年来对于FLS2介导的下游信号通路已经有了比较全面的了解。然而，关于FLS2对鞭毛蛋白片段感知的上游事件却了解甚少。

 值得一提的是，同期Science杂志发表了另外一篇重要文章，该文鉴定了一种细菌羟基脂肪酸：3-羟基癸酸可以作为识别物质被植物凝集素类受体激酶所感知，从而诱发植物的免疫反应。

植物通过鞭毛蛋白敏感的受体激酶（FLS2）识别鞭毛蛋白片段，这是一种在被子植物中高度保守过程。在植物免疫防御过程中，近年来对于FLS2介导的下游信号通路已经有了比较全面的了解。然而，关于FLS2对鞭毛蛋白片段感知上游的事件却了解甚少。由FLS2识别的鞭毛蛋白片段被埋藏在鞭毛蛋白聚合物结构中因而在识别之前需要特定的酶将其水解释放出来，但是释放这些激发子（elicitors）的水解酶仍然被鉴定。揭示他们的身份是一项艰巨的任务，因为植物的细胞外空间（质外体）含有数百种特征性的糖苷酶和蛋白酶（【Plant Phy】开发了简单获取植物‘’质外体“溶液和测其水合作用的新方法！）。 

 为了寻找在病原菌侵染过程中分泌到质外体的糖苷酶，作者通过应用从病原菌感染的植物和对照植物中分离的质外体液（AF）进行糖苷酶活性分析，经结合使用能够标记糖苷酶的活性位点荧光探针JJB70。实验中作者鉴定到了酶活性显著被病原菌侵染所抑制的糖苷酶——BGAL1（图1）。同时作者发现，在植物分泌的BGAL1其水解释放激活子的同时病原菌会分泌BGAL1的抑制物对其活性进行抑制，并且这种BGAL1抑制剂不会抑制其他水解酶的活性，但是其具体是什么物质依然需要进一步鉴定。

图1，BGAL1 在病原菌侵染过程中活性被抑制

为了确定BGAL1确实参与到了植物免疫调控的过程中。作者通过CRISPR-Cas9得到了BGAL1的突变体bgal-1 和bgal-2。表型分析发现bgal-1 和bgal-2 突变体在正常生长条件下并无发育上的表型，但是接种病原菌后其与野生型相比更加敏感。同时通过从突变体中分离的质外体液（AF）进行糖苷酶活性分析发现其活性显著降低（图2）。 

图2， BGAL1参与植物免疫调控

作者猜想BGAL1能够通过促进细菌释放诱导子来促进免疫反应。因此作者建立了一个基于细菌与质外体液（AF）孵育的激发子—释放试验（图3）。该试验体系不仅在烟草系统中工作，对于拟南芥材料同样适用。作者通过使用拟南芥不同突变体为材料发现BGAL1有助于释放鞭毛蛋白激发子，为了确定这一结果作者在实验中使用了flagellin缺失突变细菌，其确实不能诱导活性氧的迸发。

图3，激发子—释放试验流程

由FLS2识别的鞭毛蛋白片段被埋藏在鞭毛蛋白聚合物结构中，而在鞭毛表面覆盖着O-聚糖。这暗示着BGAL1可能作用于糖基化的鞭毛蛋白，通过去除聚糖使鞭毛蛋白暴露于释放鞭毛蛋白片段的蛋白酶中。为了验证作者的这个猜想，其在实验过过程中使用了同样能够侵染烟草的另一种病原菌Pta6605以及影响O-聚糖形成的Pt6605 突变体。结果发现鞭毛蛋白O-聚糖末端的viosamine（mVio）修饰是BGAL1促进激活因子释放所必须的。