单卫星教授课题组揭示疫霉菌致病新机制

　　卵菌是一类在进化上不同于真菌的丝状真核微生物，包括侵染植物的120余种疫霉菌（ Phytophthora ），其中致病疫霉菌（ P. infestans ）、大豆疫霉菌（ P. sojae ）和辣椒疫霉菌（ P. capsici ）均引致作物毁灭性病害，严重影响马铃薯、大豆和茄科作物的可持续生产。疫霉菌通过分泌效应蛋白，干扰植物生理生化过程，进而成功侵染植物。疫霉菌基因组编码大量效应蛋白，绝大多数在序列上高度分化；也编码一些序列相对保守且致病关键的效应蛋白，研究其作用机理有助于揭示病菌致病机理，探索新型抗病基因资源和抗病新途径。

　　Avr3a家族是疫霉菌中保守且致病关键的RXLR效应蛋白家族之一，包括致病疫霉菌PiAvr3a、大豆疫霉菌Avr1b以及辣椒疫霉菌至少13个成员（PcAvr3a1-PcAvr3a13）。2018年6月1日，单卫星教授课题组在 Molecular Plant 在线发表了题为“A  Phytophthora capsici  RXLR Effector Targets and Inhibits a Plant PPIase to Suppress Endoplasmic Reticulum-Mediated Immunity”的研究论文，系统揭示了辣椒疫霉菌通过其PcAvr3a12效应蛋白靶向并抑制植物内质网定位的脯氨酰顺反异构酶PPIase的活性、抑制内质网介导的免疫反应侵染植物。

　　研究人员利用前期建立的辣椒疫霉菌-拟南芥亲和互作模式卵菌病害体系，研究发现辣椒疫霉菌RXLR效应蛋白基因 PcAvr3a12 在病菌侵染早期上调表达，其转基因过表达植物感病性增强，说明PcAvr3a12是辣椒疫霉菌重要的毒性因子。通过酵母双杂交技术鉴定获得PcAvr3a12的寄主靶标脯氨酰顺反异构酶（PPIase）FKBP15-2，并通过免疫共沉淀（Co-IP）技术和双分子荧光互补（BiFC）技术确认其特异性互作。共聚焦显微镜亚细胞定位分析表明，FKBP15-2与PcAvr3a12共定位于内质网，且共同富集在病菌吸器周围（图1）。

图1：辣椒疫霉菌RXLR效应蛋白PcAvr3a12及其靶标FKBP15-2共定位于内质网并富集在病菌吸器周围。

　　实时荧光定量PCR分析显示 FKBP15-2 在疫霉菌侵染植物早期上调表达。对 fkbp15-2 突变体、 FKBP15-2 基因沉默以及过表达转基因植株的分析结果显示， FKBP15-2 基因沉默后，拟南芥对辣椒疫霉菌更敏感，说明该基因正向调控植物对疫霉菌的抗性（图2）。

图2：FKBP15-2正向调控植物对疫霉菌的抗性

　　体外的胰凝乳蛋白酶偶联分析显示，FKBP15-2具有脯氨酰顺反异构酶活性，其活性是免疫功能必需的，可被PcAvr3a12特异性抑制。进一步的基因表达分析发现，植物内质网应激相关基因响应辣椒疫霉菌的侵染。 FKBP15-2 基因抑制内质网应激感应因子 bZIP28 和 bZIP60 以及植物免疫相关基因的表达。

　　基于以上结果，该研究发现了内质网应激介导的植物免疫反应的新组分FKBP15-2，解析了辣椒疫霉菌通过其致病关键的效应蛋白PcAvr3a12抑制植物免疫的新机制，即PcAvr3a12通过靶向和抑制植物FKBP15-2，抑制内质网应激介导的植物免疫，促进病菌对寄主植物的侵染（图3）。

图3：辣椒疫霉菌通过其致病关键效应蛋白PcAvr3a12抑制植物免疫反应的模型图

　　该研究由西北农林科技大学单卫星教授课题组完成，第一作者为博士生樊光进，通讯作者为单卫星教授，研究工作得到国家马铃薯产业技术体系（CARS-09）、国家自然科学基金和高等学校引智计划（111计划）的支持。