植物中的“叛逆者”——蛋白激酶SnRK2.8，协助病原菌侵染

来源：BioArt植物
植物暴露在多种病原体中，为了应对各种病原菌的侵染，植物既依赖于被动防御，也依赖于主动防御。被动防御主要是形成物理屏障来抵御病原菌的侵染。主动防御也被称为诱导防御，主要通过植物体内的相关受体蛋白触发机体的一系列免疫反应，比如活性氧的产生，胼胝质的沉积，丝裂原活化蛋白激酶的激活等来限制病原菌的感染。同时，病原菌也会分泌效应分子 (蛋白) 进入植物细胞，来抑制植物的免疫应答，从而提高植物的易感性，促进病原菌的感染。已有的研究表明，病原菌分泌的效应蛋白可以被宿主中的激酶磷酸化，这种翻译后修饰对它们的活性很重要。但大多数效应蛋白的宿主激酶仍然未知。
近日，Molecular Plant 在线发表了美国加州大学戴维斯分校植物病理学系Gitta Coaker实验室的题为Phosphorylation of the Pseudomonas effector AvrPtoB by Arabidopsis SnRK2.8 Is Required for Bacterial Virulence 的论文，报道了一个在植物中很保守的激酶SnRK2.8可以磷酸化丁香假单胞菌效应蛋白AvrPtoB，帮助提高了病原菌的毒性。

AvrPtoB是一个多结构域的大效应蛋白，N端包含多个靶标结合域，C末端为E3泛素连接酶，可以介导多种植物蛋白的降解，在丁香假单胞菌对植物侵染中发挥了重要作用。之前的报道发现，AvrPtoB的第258位丝氨酸（S258）磷酸化残基被丙氨酸取代后，其在番茄中的毒性明显减弱 (Xiao et al., 2007)。所以该研究旨在寻找和研究在植物中可以磷酸化AvrPtoB的宿主激酶。
首先，研究者们通过序列比对，酵母双杂和烟草中的共免疫沉淀实验分别在体内和体外验证出植物中SnRK超家族的成员SnRK2.8可以和AvrPtoB紧密结合。之后，通过生化实验证明SnRK2.8可以在体外磷酸化AvrPtoB。在对拟南芥中的AvrPtoB进行质谱分析时发现了5个磷酸化残基，其中S258是一个比较保守的位点。而在snrk2.8的突变体中AvrPtoB有三个位点，尤其是S258位点，其磷酸化水平显著降低。这些结果表明，SnRK2.8是参与AvrPtoB磷酸化的主要激酶之一。
接下来，研究者们主要探究了SnRK2.8对AvrPtoB磷酸化作用对其蛋白毒性和功能的影响，发现在snrk2.8 的突变体和AvrPtoB去磷酸化突变体AvrPtoB (S258A)中AvrPtoB毒性明显降低， 无法侵染拟南芥叶片，也无法抑制拟南芥NPR1，FLS2等宿主抗病信号的积累以及对病原菌侵染的响应。这些结果从两个方面证明植物激酶SnRK2.8以及被其磷酸化的细菌效应蛋白AvrPtoB对其侵染毒性是必需。
Model of AvrPtoB phosphorylation by SnRK2.8
由于SnRK-CDPK家族蛋白在植物中十分保守，大多数已经报道的效应蛋白的磷酸化残基与SnRK-CDPK家族蛋白的磷酸化位点偏好比较一致，因此作者推测可能还有其它这个家族的蛋白可以参与多种效应蛋白的磷酸化过程中。因此，该研究为未来研究病原菌效应蛋白如何利用其宿主促进侵染的过程提供了更全面的理解。

参考文献：

Xiao, F., Giavalisco, P., and Martin, G. B. (2007). Pseudomonas syringae Type III Effector AvrPtoB Is Phosphorylated in Plant Cells on Serine 258, Promoting Its Virulence Activity. J Biol Chem 282:30737–30744.