类受体胞质激酶亚家族VII在植物先天免疫中的作用

Receptor-like cytoplasmic kinases (RLCK) play a critical role in plant innate immunity. In Arabidopsis, RLCK subfamily VII contains 46 RIPK homologue genes. However, only three of them had been characterized so far and were reported to play distinct roles in the recognition of pathogenic elicitors and in the initiation of plant disease defense. Recently, we discovered a gene, RIPK , a kinase from this subfamily that was able to phosphorylate a “decoy” protein RIN4.Subsequently, phosphorylated RIN4 activated the resistant protein RPM1 to trigger the innate immunity.Further investigation through protein-protein interaction screening unraveled several other proteins from this subfamily interacted with AvrB and RIN4. Sequence alignment and protein structure simulation indicate that the homologues share high sequence similarity to RIPK. Nevertheless, our preliminary data suggest that these kinases indeed were involved in plant disease resistance, but they might act distinctly in desease response and be independent of RPM1. The proposed study is to investigate the roles of these kinases and their adaptor proteins in mediating AvrB recognition and the modification of RIN4 during immune response. We will mainly focus on what the roles of these kinases are in plant disease resistance and how the immune protein complex interplays during the disease signal transduction. The outcome of this research will advance our understanding on the mechanism of plant innate immunity. Moreover, the application of these resistance genes will help to tailor economic important crops to be disease resistant.

植物免疫蛋白RIN4在其先天免疫反应中发挥着重要的作用，其蛋白可能受激酶亚家族VII中部分成员磷酸化修饰。我们近期的研究表明该家族一个激酶RIPK介导了对含无毒基因AvrB病菌侵染时RIN4的磷酸化修饰，激活抗性蛋白RPM1。我们对该家族的基因进行了与RIN4/AvrB互作筛选，结果表明有6个蛋白可以和AvrB互作，其中两个可以和RIN4强烈地结合。初步研究发现，这些基因可能也参与了对RIN4的磷酸化修饰以及AvrB信号的识别，但是它们的作用机制可能不同于RIPK，所诱导激活的抗性可能不依赖于RPM1。由于RIN4介导的AvrB免疫应答机制依然不是特别明了，研究这些激酶以及它们的互作蛋白在介导AvrB信号识别和RIN4修饰中的作用将可以帮助我们了解植物先天免疫产生的机制。进一步的拓展研究将可以揭示受体似激酶在其它作物中所参与免疫的角色，它们功能的阐述将可以为作物育种提供候选基因。

植物类受体胞质激酶（RLCK）在介导识别病菌后的信号传递中扮演着重要的角色。在申请人前期的研究中发现了拟南芥RLCK家族VII在植物先天免疫中可能有重要的作用，其研究的切入点是发现了细菌效应蛋白AvrB/AvrRpm1可以招募RLCKVII家族的蛋白RIPK去磷酸化免疫蛋白RIN4，进而被抗病蛋白RPM1识别，导致免疫激活。本项目研究的目标是发掘RLCKVII家族中是否有其它的激酶参与了该信号过程，并进一步拓展研究RLCK VII家族的激酶是否参与了其它的免疫通路。按照课题设计，我们对该家族的激酶参与的免疫反应进行了研究，获得了两项主要的研究成果，简述如下：（1）我们研究了RLCKVII家族中的激酶蛋白和“监视蛋白”RIN4 的互作筛选，发现了该家族的5个激酶蛋白可以和RIN4互作。进一步研究也发现，这5个蛋白也可以和Pst DC3000 的效应蛋白AvrB互作；并在AvrB处理时，这些激酶蛋白参与了对RIN4的磷酸化。多重突变体的结果分析显示，这些激酶蛋白对于介导AvrB识别和抗性的产生是必须的，而且存在叠加效应。我们的研究结果表明，拟南芥RLCKVII家族的蛋白在介导AvrB识别后的RIN4超磷酸化中具有叠加效应，多个激酶的参与保障了在大量病菌侵染时RIN4的超级磷酸化，从而激活“超敏反应”；而少量病菌侵染的情况下，由于这些激酶的表达也受RAR1的诱导和反馈调节，因此不能激活“超敏反应”。我们提出的免疫模型对于植物在根据病菌入侵数量时作出恰当的反应具有重要的理论支持。该项工作发表在植物病理领域著名期刊Molecular Plant Microbe Interaction上（Xu et al., 2017）。（2）病原细菌携带的脂多糖往往结合游离态的脂肪酸，我们近期的研究结果显示了拟南芥的膜受体LORE可以识别这些脂肪酸。进一步的研究证实了LORE在感受的病菌的脂肪酸后引起自身的磷酸化，磷酸化的LORE可以转移磷酸化RLCKVII家族的PBL34/PBL35/PBL36。质谱的数据显示了这些PBL的保守酶活性位点被磷酸化，进而激活了这些酶活性，引起了下游的免疫响应。这项工作进一步揭示了RLCK家族的蛋白在介导植物免疫中的重要的作用，很好的回答了申请项目的研究目标。该工作在著名综合期刊EMBO Journal发表（Luo et al., 2020）。