【科研新进展】The Plant Cell刊发我室单卫星教授团队植物广谱抗病性研究新进展

近日，国际高水平学术期刊 The Plant Cell 发表了我室单卫星教授团队题为 “A Mitochondrial RNA Processing Protein Mediates Plant Immunity to a Broad Spectrum of Pathogens by Modulating the Mitochondrial Oxidative Burst”的研究论文，发现并揭示了参与线粒体RNA加工的PPR蛋白RTP7及其调控植物免疫的分子机制，系统证明了线粒体活性氧（mROS）参与调控植物对多种不同类型病原菌的广谱抗性。

活性氧（ROS）是植物抗病过程中的重要信号分子，ROS既可作为毒性分子直接杀死病原菌，同时也作为信号分子参与激活免疫信号通路。一般认为，位于细胞膜上的RBOHD和RBOHF蛋白产生的ROS是植物抵御病原菌侵染的最主要的ROS来源。线粒体ROS（mROS）在动物生长发育、应对病原侵染过程中发挥重要调控作用，但目前对mROS在植物免疫调控的研究十分有限。卵菌(Oomycetes)是一类包括疫霉属（ Phytophthora ）在内的真核微生物。目前已知的疫霉属的120余种均为植物病原菌，可侵染包括马铃薯、大豆、烟草等重要粮食作物与经济作物，包括马铃薯晚疫病等毁灭性的作物病害。与其他病害防控一样，抗病品种的培育和利用是作物疫霉病防控的最经济有效的途径，但由于疫霉菌的毒性变异和进化速度快，品种抗性丧失问题突出，探索和利用植物免疫新基因具有重要的理论和实践意义。

借助模式植物—疫霉菌亲和互作体系，通过抗病突变体鉴定和分析，鉴定植物免疫负调控因子，研究植物对疫霉菌感病的遗传基础，探索抗病育种新策略。研究过程中，成功鉴定获得多个植物免疫负调控因子，命名为 RTP （resistance to  Phytophthora parasitica ）基因。其中RTP7编码一个PPR蛋白。细胞核编码的PPR家族蛋白是参与线粒体和叶绿体RNA转录后修饰的重要蛋白家族，在植物生长发育过程的调控作用有一定的研究，但对PPR蛋白是否参与调控植物免疫的研究有限。

为解析RTP7调控植物免疫的机制，通过制备RTP7突变体、过表达和回补转化株系，结合免疫功能分析，确认了RTP7是一个新的植物免疫负调控因子。通过利用分子生物学和细胞学方法对RTP7的生物学功能的分析，发现RTP7是一个定位于线粒体的P-亚家族PPR蛋白，参与线粒体电子传递链复合体I亚基 nad7 转录本的内含子剪接。进一步通过制备以 rtp7 为背景的线粒体 nad7 基因的回补转化株系，结合生物化学和细胞学观察，证明RTP7通过调控线粒体 nad7 转录本的内含子剪接，调控线粒体复合体I的活性和mROS的产生。同时，接菌分析表明 nad7 为RTP7调控植物免疫的关键下游基因。进一步分析发现，mROS累积响应PTI以及病原菌的侵染，并且 rtp7 抗病突变体表现出较野生型更强的mROS水平。为进一步分析mROS与质膜定位的NADPH 氧化酶RBOHD和RBOHF介导的质外体ROS的关系，我们通过遗传学手段，结合RBOH氧化酶活性抑制剂处理，发现质外体ROS不是 rtp7 突变体抗病的关键机制。进一步研究发现，RTP7可能通过ROS调控SA信号通路转导，同时RTP7和SA信号通路之间存在反馈调控。对RTP7在不同植物中的同源基因分析发现RTP7在多种植物中负调控对不同类型病原菌的广谱抗性。

本研究发现线粒体定位的PPR蛋白RTP7通过影响 nad7 亚基转录本的内含子剪接，调控线粒体复合体I的活性并影响mROS的产生，同时参与激活SA信号通路，mROS介导的免疫调控对多种不同类型的病原菌表现一致的抗病性； RTP7广泛存在于单子叶和双子叶植物中，具有保守的免疫功能。为后续利用RTP7开展包括马铃薯在内的重要粮食作物的抗病育种奠定了基础。

RTP7在植物与病原菌互作中的免疫功能机制模式图

我室在读博士生杨洋为第一作者，单卫星教授为通讯作者，德国乌尔姆大学Patrick Schäfer教授参与了此项工作。研究工作受到国家马铃薯产业技术体系（CARS-09）、国家自然科学基金（(31125022 和31930094）以及国家外专局高等学校学科创新引智计划项目（B18042）的资助。

文章链接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac082/6545293