宿主植物信号分子对野油菜黄单胞菌致病基因表达的调控

野油菜黄单胞菌(Xcc)的群体感应系统与大部分以AHLs为信号分子的革兰氏阴性菌不同，使用DSF为信号分子。我们先前对Xcc的XccR-luxXc box-pip 基因位点的研究表明XccR通过与luxXc box的结合激活致病基因pip的表达。我们进一步发现寄主植物提取物能够增强XccR与luxXc box的结合从而促进pip基因的表达，说明某种植物信号分子促进了Xcc致病基因的表达（Mol. Microbiol.，2007）。本研究旨在分离和鉴定这类作用于XccR-luxXc box-pip的植物信号分子。我们拟以Xcc(pip-GUS)为生物传感器，探测经多种分离手段分离的植物信号分子，并对所分离的化合物进行结构解析和功能验证。本项研究将阐明Xcc如何利用寄主因子调节其致病基因的表达，从而从新的角度建立病原菌与宿主植物的跨界调控模式。

微生物与真核生物之间存在着广泛而复杂的信号交流，称为跨界信号交流。当野油菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris pv.campestris，Xcc）进入宿主植物后，Xcc的信号感应蛋白XccR可感应一种未知的水溶性植物源信号，调控致病相关基因pip 表达，并促进Xcc侵染。通过高效液相色谱，质谱及核磁共振分析发现，植物源信号为D-葡萄糖和D-果糖的混合物。凝胶阻滞实验（EMSA）发现，葡萄糖和果糖均可以增强XccR蛋白和pip启动子区luxXCbox基序的结合，结合强度随着糖浓度增加而增强。通过微量热涌动（MST）和等温滴定（ITC）实验证实了XccR与葡萄糖分子之间的相互作用，将XccR三个关键氨基酸位点突变，发现其中Y41A突变体不能与葡萄糖结合，在EMSA实验中Y41A突变体也不能与luxXCbox结合，说明XccR的Y41氨基酸在与小分子的互作及调控XccR下游基因表达中发挥重要作用。Xcc侵染拟南芥后诱导糖转运基因AtSWEET2和AtSWEET15表达，使侵染部位葡萄糖、果糖和蔗糖大量积累。通过RNA干扰技术分别降低拟南芥AtSWEET2和AtSWEET15的表达水平，发现在AtSWEET RNAi转基因植株中Xcc的生长及pip的表达受到抑制。XerR是XccR上游的负调控因子，XerR对XccR的抑制作用宿主植物中被解除。在基本培养基中添加不同浓度的葡萄糖，并检测xerR-/pip-gus菌株中GUS酶活性，发现pip启动子的表达受到葡萄糖的诱导。至此，我们建立了Xcc与宿主植物跨界信号交流的模型，即Xcc通过诱导宿主植物的糖转运子表达，使糖在细菌侵染部位积累，为细菌提供营养和能量；同时，葡萄糖进入细菌体内解除了XerR的阻遏和促进了XccR的表达，XccR/pip 构成了一个以葡萄糖为信号的跨界信讯的节点。 这是在细菌中首次发现葡萄糖作为信号分子调控病原菌致病相关基因的表达的跨界信号的鉴定及信号传导途径的揭示，为探索和建立可持续的抗病策略提供新的理论基础。