中国农业大学范军教授课题组揭示LRR类蛋白促进稻瘟菌NLPs触发的细胞死亡和病原菌易感性

2021年8月17日，New Phytologist在线发表了中国农业大学植物保护学院范军教授课题组题为“An LRR-only protein promotes NLP-triggered cell death and disease susceptibility by facilitating oligomerization of NLP in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现稻瘟菌NLPs通过招募植物LRR类蛋白NTCD4来促进自身寡聚化以及病菌致病力。

坏死和乙烯诱导肽1（Nep1）类蛋白（NLPs）家族主要存在于真菌、卵菌和细菌等植物相关病原菌中，具有典型的分子特征，包括N端分泌信号肽、配对的半胱氨酸残基和保守的七肽基序，它们都是双子叶植物坏死诱导能力所必需的，但NLPs激发植物坏死反应的机制尚不清楚。已有研究表明NLPs能够破坏双子叶植物膜的完整性，而且NLPs能够在溶液中形成寡聚物，这些发现为研究NLPs触发细胞死亡的确切机制提供了线索。

NLP触发的细胞死亡与核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复蛋白（NLRs）成功感知病原体效应因子而导致的植物超敏反应有一些共同的特征。为阐明NLP触发双子叶植物细胞死亡的分子和遗传基础，对250多个拟南芥种质进行了MoNLP1敏感性分析，MoNLP1是由稻瘟病真菌Magnaporthe oryzae编码的NLP蛋白。结果发现，MoNLP1触发的细胞死亡在这些拟南芥种质中存在显著差异（图1）。

图1. 拟南芥不同种质对MoNLP1-FLAG处理的敏感性不同

将对多个NLPs更耐受的Zu-1与Col-0进行杂交，构建了用于遗传分析的群体。经分析表明，拟南芥对MoNLP1的敏感性是一个复杂性状，并受至少三个数量性状位点（QTL）的调控。通过图位克隆鉴定发现位于4号染色体的QTL编码富含亮氨酸重复序列（LRR）蛋白，将其命名为NTCD4，该蛋白与一组NLRs具有高度的序列同一性，表明NTCD4可能属于截短NLR蛋白。Zu-1 NTCD4单核苷酸多态性（SNP）分析显示，位于编码序列的SNP导致天冬氨酸转变为天门冬酰胺（D3N），该氨基酸替换降低了植株对MoNLP1的敏感性，细胞死亡程度降低。亚细胞定位和蛋白印迹检测显示，Col-0 NTCD4被分泌到质外体，而Zu-1中NTCD4的氨基酸替换导致其分泌效率显著降低。进一步分析表明，质外体定位的NTCD4对于NLPs触发的细胞死亡至关重要。

酵母双杂、BiFC、pull-down等实验结果显示，NTCD4通过与MoNLP1及其他NLPs互作来促进其寡聚化，这是MoNLP1触发拟南芥细胞死亡所必需的。此外，通过灰霉菌（Botrytis cinerea）接种实验发现，与Col-0相比，ntcd4-ko株系叶片的病斑明显减小。结合过表达不同定位形式的NTCD4结果表明，质外体NTCD4通过NLPs触发的细胞死亡促进了B. cinerea对拟南芥侵染（图2）。

图2. NTCD4促进B. cinerea对拟南芥的侵染

原文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17680