中山大学发Plant Cell解析水稻天然免疫

生物通报道：来自中山大学生命科学学院的研究人员发表了题为“Lysin Motif–Containing Proteins LYP4 and LYP6 Play Dual Roles in Peptidoglycan and Chitin Perception in Rice Innate Immunity”的文章，发现了两个在水稻天然免疫调控中扮演重要作用的模式识别受体，并解析了这两个受体的作用机制，为进一步探讨植物天然免疫提供了宝贵的资料。相关成果公布在植物性领域权威期刊the Plant Cell杂志上（doi:10.1105/tpc.112.102475)。

文章的通讯作者是中山大学生命科学学院王金发教授团队的青年学术骨干王宏斌副教授，该课题组长期从事植物分子生物学领域的研究。

植物的天然免疫是植物免疫系统的重要组成部分，植物能通过细胞表面免疫受体和胞内免疫受体感受来源于病原微生物的分子，激活天然免疫，抵御病原物的侵染。这些存在于植物细胞膜上的受体（模式识别受体，pattern-recognition receptors,PRRs）能通过识别病原体上的一些共有的、保守的分子基序（即微生物相关分子模式，microbe-associated molecular patterns, MAMPs），引发先天免疫反应。不同种类的病原菌具有不同的MAMPs，例如肽聚糖（PGN）和几丁质（chitin）分别是细菌与真菌的MAMPs。长期以来，寻找植物细胞表面针对各种病原微生物相关分子的特异性识别受体，是理解植物天然免疫反应的关键。

在这篇文章中，研究人员发现两个同源的水稻含lysin motif（LysM）结构域的糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白：LYP4 和LYP6，能结合细菌肽聚糖（peptidoglycan, PGN)结构，以及真菌几丁质（chitin)结构，作为模式识别受体PRRs，引发水稻作出免疫应答。

研究人员通过亚细胞定位与微粒体组份分离鉴定，确定这些蛋白在水稻细胞中的细胞膜定位，并且发现当水稻接触到细菌病原体，或者不同的微生物相关分子模式时，能快速诱导编码这两个蛋白的基因转录。

除此之外，研究人员通过体内外结合试验表明， LYP4 和LYP6能选择性结合肽聚糖和几丁质，而不能结合脂多糖(LPS)，因此沉默这两个基因之一，会特异性造成水稻中PGN-，或者chitin-诱导的防御应答，比如活性氧的生成，防御基因的激活，胼胝质沉积等，从而无法抵抗水稻白叶枯病菌，以及真菌稻瘟病菌的侵袭，但并不会影响到LPS相关的应答。

有趣的是，研究人员发现用过量的肽聚糖进行预处理，会造成水稻细胞对几丁质，而不是鞭毛蛋白应答的大幅度下降，相反，几丁质的预处理，则会引起细胞对肽聚糖应答灵敏度降低，这说明肽聚糖和几丁质在水稻中有重叠的感应元件。

总而言之，这项研究证明了LYP4 和LYP6在水稻天然免疫调控中的关键作用，指出了这两种蛋白能作为肽聚糖和几丁质的多重模式识别受体。该研究首次在植物中发现，可识别跨物种（细菌与真菌）微生物病原相关分子的植物模式识别受体。这一研究成果不仅为进一步探讨植物天然免疫提供了宝贵的资料，也将促进其信号传导与调控机理的研究。此外，水稻作为主要的粮食作物，其产量受细菌病害与真菌病害的严重制约。因此，深入了解水稻感应病原菌入侵以及响应过程，对于水稻病害防治以及抗性育种具有重要的应用前景。

（生物通：王蕾）

原文摘要：
Lysin Motif–Containing Proteins LYP4 and LYP6 Play Dual Roles in Peptidoglycan and Chitin Perception in Rice Innate Immunity
Plant innate immunity relies on successful detection of microbe-associated molecular patterns (MAMPs) of invading microbes via pattern recognition receptors (PRRs) at the plant cell surface. Here, we report two homologous rice (Oryza sativa) lysin motif–containing proteins, LYP4 and LYP6, as dual functional PRRs sensing bacterial peptidoglycan (PGN) and fungal chitin. Live cell imaging and microsomal fractionation consistently revealed the plasma membrane localization of these proteins in rice cells. Transcription of these two genes could be induced rapidly upon exposure to bacterial pathogens or diverse MAMPs. Both proteins selectively bound PGN and chitin but not lipopolysaccharide (LPS) in vitro. Accordingly, silencing of either LYP specifically impaired PGN- or chitin- but not LPS-induced defense responses in rice, including reactive oxygen species generation, defense gene activation, and callose deposition, leading to compromised resistance against bacterial pathogen Xanthomonas oryzae and fungal pathogen Magnaporthe oryzae. Interestingly, pretreatment with excess PGN dramatically attenuated the alkalinization response of rice cells to chitin but not to flagellin; vice versa, pretreatment with chitin attenuated the response to PGN, suggesting that PGN and chitin engage overlapping perception components in rice. Collectively, our data support the notion that LYP4 and LYP6 are promiscuous PRRs for PGN and chitin in rice innate immunity.

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》