利用病原细菌效应蛋白研究植物胞内免疫信号转导机理

Phytopathogenic bacteria such as Pseudomonas syringae secrete type III effectors into host cells to specifically interact with target proteins， promoting bacterial infection and/or propagation. These effectors provide unique molecular probes for the analyses of plant immune signal transduction pathways. The applicant has been at the forfront of bacterial effector studies and developed a variety of useful reagent over the years. The current study will continue exploiting the utility of bacterial effectors to identify additional new target proteins from Arabidopsis plants and charcaterize their function in plant immune signaling pathways. In addition,we previously identified an Arabidopsis protein kinase, BIK1, as an important target protein of the effectors AvrPphB and AvrAC. BIK1 acts directly downstream of multiple immune receptor kinases and controls ethylene- and salicylate-mediated immune responses, suggesting the presence of a previously unknown branch of the ethylene signaling pathway. Furthermore, we have identified MPK4 as a protein modulating the jasmonate signaling pathway and plant immunity. Preliminary data suggest that AvrB targets MPK4 and RIN4 to regulate the COI1-JAZ-mediated JA signaling through a new mechanism. This study will elucidate detailed mechanism of BIK1, MPK4, and RIN4 in the regulation of phytohormone signaling pathways.

包括丁香假单胞菌在内的植物病原细菌通过向宿主细胞内分泌三型效应蛋白，作用于植物胞内特异靶蛋白，干扰植物免疫信号通路、促进细菌的侵染和增殖。这些效应蛋白是研究植物免疫胞内信号通路不可多得的分子探针。申请人在该领域有多年积累，取得了一系列原创性的重要发现。本研究将利用这一优势，分离鉴定效应蛋白的新靶标，鉴定它们在免疫信号通路中的功能。此外，前期的工作发现三型效应蛋白靶蛋白BIK1是免疫信号通路中的新成员，并且在乙烯控制的免疫信号通路中起关键作用。BIK1控制的乙烯信号通路为一条全新的乙烯通路分支，突破现有的线性信号通路模式，很可能在乙烯控制植物抗病中起关键作用；另一个效应蛋白的靶蛋白MPK4和RIN4对茉莉酸信号通路起调控作用，初步数据表明效应蛋白AvrB通过MPK4和RIN4,以新的方式调控COI1-JAZ介导的通路。本研究将重点阐述BIK1和MPK4对乙烯和茉莉酸信号通路的调控机理。

植物天然免疫的核心是免疫受体介导的、对病原微生物的识别及信号转导。植物宿主天然免疫信号途径常常受到病原微生物致病蛋白（效应蛋白）的干扰。本项目利用免疫信号转导组分和病原微生物效应蛋白为探针，寻找跨膜免疫受体途径新组分，揭示免疫调控新机制。通过本项目的实施，获得了多项重要成果。1. 控制质膜活性氧生成的NADPH氧化酶RbohD是BIK1的重要底物。BIK1直接磷酸化Ser39、Ser343和Ser347三个位点，正调控RbohD-介导的活性氧生成，后者通过关闭气孔，限制细菌入侵，帮助植物抗病。研究还发现了BIK1具有调控胞质内钙浓度爆发的重要功能。该项成果于2014年发表在Cell Host Microbe上，并得到Cell Host Microbe同期点评，认为我们的工作首次发现了从受体到生理响应的分子连接。该篇论文被评为Cell Host Microbe期刊2014年度最佳论文，发表至今已被引用200次（google scholar）。2. BIK1及其同源蛋白PBL1通过在PEPR1/2下游传递Pep信号,实现乙烯对免疫的正反馈调控作用，放大免疫响应。论文于2013年发表在PNAS上，得到了PNAS的同期专文点评。文章发表至今已被引用120多次（Google Scholar）。3. 通过与结构生物学家合作，解析了首个植物模式识别受体FLS2与配体及共受体的复合物结构，揭示了植物免疫受体识别配体的机制，文章于2013年发表在Science，至今已被引用270次（Google Scholar）；4. 阐明了胞内免疫受体间接识别病原效应蛋白的新机制，揭示了NLR受体扩展抗谱的分子机理。文章于2015年发表在Cell Host Microbe，并得到Cell Host Microbe和Science Signaling的专文评述。5. 阐释了病原细菌效应蛋白AvrB通过促进JAZ蛋白降解，正调控茉莉素途径，开放宿主气孔，以利于细菌入侵的机理。文章于2015年发表在Plant Cell上。在该项目支持下，做出了原创性的工作，发表了多篇有重要影响力的论文，总影响因子108，总引用700余次，在植物免疫领域产生了重大影响。