CPR5信号途径调控植物免疫的分子机理

Plant ETI (effector-triggered immunity) is activated when plant cognate NB-LRR (nucleotide binding-leucine-rich repeat) receptor recognizes the existing of the pathogen effector. ETI is the major immunity in plant. However, the underlying mechanism of how ETI is triggered by the effector/NB-LRR receptor recognition remains largely elusive. Through genetic study, we discovered Arabidopsis CPR5 (CONSTITUTIVE EXPRESSION OF PR GENES 5) as a member of the ETI signaling pathway and also the CKI-RB-E2F core cell-cycle signaling cascade as downstream of CPR5. This study will further explore the CPR5 signaling pathway. We will take advantage of GS (protein G and streptavidin binding peptide)-tag purification and LC-MS/MS (liquid chromatography-tandem mass spectrometry) to identify the components of the CPR5 complex, CPR5 modification, and RB hyperphosphorylation. This will help us to understand the molecular mechanism of how CPR5 perceives the immune signal of the NB-LRR receptor and how CPR5 regulates its downstream cell-cycle signaling pathway. In mammal, E2F is a transcription factor modulated by RB phosphorylation. To investigate the E2F-targeted genes during plant ETI, we will infect wild type plants and e2f mutants with pathogens and analyze plant transcriptomes using RNAseq. This will address the question of how the core cell-cycle regulators execute plant ETI. Therefore, our study will not only link cell cycle regulation to plant immunity, both of which are the fundamental biological phenomena，but also provide the molecular basis to balance plant development and defense and to improve plant resistance to disease.

病原微生物的效应子被植物NB-LRR受体识别后激发ETI（效应子激发免疫）。ETI是植物免疫的主要方式，目前尚不清楚NB-LRR受体和ETI之间信号传递的分子机制。我们通过遗传分析发现CPR5及其下游细胞周期CKI-RB-E2F核心信号途径调控植物ETI。本研究将进一步解析CPR5信号传递途径。采用GS标签蛋白纯化和质谱分析，解析CPR5复合体、CPR5蛋白的修饰和RB蛋白的超磷酸化，揭示CPR5感应NB-LRR受体信号和控制细胞周期的分子机制。E2F是一个转录因子，在哺乳动物中受RB磷酸化的调控。我们将用病原菌侵染野生型和e2f突变体，采用RNAseq分析表达谱的差异，找到与植物ETI相关的E2F靶基因，揭示细胞周期执行植物ETI的分子机制。我们的研究不仅揭示细胞周期和植物免疫两个最基本的生命现象之间的信号传递，而且为遗传调控植物的发育和防御反应之间的平衡以及植物的抗病性提供分子基础。

效应子触发的免疫（ETI）是植物免疫的主要方式，植物胞内的NBS-LRR免疫受体识别病原菌效应子以后触发的一种免疫反应，常常伴随着程序性细胞死亡（PCD）。迄今对NBS-LRR免疫受体如何触发植物ETI及其相伴的PCD的分子机制尚很不清楚。我们发现拟南芥cpr5突变体具有自主激活的ETI以及PCD，遗传分析找到CKI-RB-E2F细胞周期核心信号途径介导CPR5下游的信号传递。本项目的研究表明CPR5不仅调控水杨酸（SA），而且cpr5突变体对脱落酸（ABA）、甲基茉莉酸（JA）和乙烯（ET）等植物胁迫激素非常敏感，相反cki突变体（如sim smr1）抑制cpr5突变体对这些植物胁迫激素的敏感性，因此CPR5-CKI-E2F可能是整合植物对环境各种胁迫响应的一个信号中心，调控植物的发育和胁迫反应之间的平衡。本项目通过CPR5复合体纯化，确定该蛋白为一个新的植物特异的核孔蛋白。通常CPR5蛋白形成同源二聚体，结合细胞周期核心调控因子CKI，抑制ETI以及PCD。病原菌浸染植物以后，植物NBS-LRR免疫受体被激活，改变CPR5蛋白的构象，同源二聚体解聚，释放CKI，激活植物的ETI以及PCD。CPR5信号通路中的细胞周期核心调控因子E2F，不仅激活ETI相伴的PCD，而且还激活花粉粒和表皮毛的PCD，因此E2F可能是植物PCD的一个共同的执行者。采用NAAIRS分析的方法，找到CPR5蛋白感应ETI免疫信号的两个关键的结构域M1（motif 1）和M2，M1的突变阻断植物ETI以及PCD，相反过量表达M2可以激活植物ETI以及PCD。通过EMS诱变和遗传筛选，我们找到了10多个cpr5突变体的抑制子scpr（suppressor of cpr5），迄今已经克隆了其中的三个SCPR基因。CPR5复合体蛋白和信号途径新成员的克隆，为全面深入解析CPR5传递NBS-LRR免疫受体信号以及揭示植物ETI及其相伴的PCD的分子机制奠定了坚实的基础。