植物免疫信号通路新组分的分离和鉴定

Plant cell-surface receptors recognize PAMPs (pathogen-associated molecular patterns) derived from pathogenic microbes to activate PAMP-triggered immunity (PTI). PTI plays central role in plant resistance against the majority of microbial pathogen. PTI confers broad and most durable resistance, thus comprehensive understanding of PTI signal transduction mechanisms will provide basis for the molecular design of crop resistance. Several PRR (pattern recognition receptor) complexes and a few important cytoplasmic kinases in PTI signaling pathway have been identified, but their downstream substrates are largely unknown. Due to the lack of linking components between these early signaling events and downstream defense responses, PTI signaling remains an incomplete signal transduction pathway. Reverse genetic approach was employed to identify novel candidates in PTI signaling pathway in model plant. Transcription factor PRP (Phosphorylated in Response to PAMP) was identified to respond to PAMP perception. In current study, we will further investigate the molecular mechanisms for PRP in PTI signal transduction. A combination of molecular and biochemical approaches will be used to clarify the role of PRP in plant immunity.

在植物和微生物的相互作用中，植物识别病原微生物来源并且保守的病原相关分子模式PAMPs（Pathogen-Associated Molecular Patterns）激活PTI（PAMP-Triggered Immunity）。PTI是植物对病原微生物抗性最重要的组成部分，因为具有广谱性和持久性的特点而成为植物免疫研究的重要方向。对PTI信号传导机制的深入研究将为作物的抗病分子设计提供理论基础。近年来识别PAMP的免疫受体复合体和一些PTI信号通路中重要的细胞内激酶相继被分离，目前寻找这些激酶的下游底物成为PTI信号通路研究的重要方向。通过反向遗传学手段重点筛选模式植物中PTI信号传导通路下游的新组分，我们成功分离到了响应PAMP识别的一类转录因子PRP。本项目将综合运用分子生物学和生物化学手段，深入研究PRP参与PTI信号传导的分子机制，阐明PRP在植物免疫调控中的功能。

在植物-病原微生物相互作用过程中，植物细胞表面的模式识别受体PRRs（Pattern-Recognition Receptors）能够识别病原微生物来源并且保守的病原相关分子模式PAMPs ( Pathogen-Associated Molecular Patterns)，从而激活先天免疫反应PTI (PAMP-Triggered Immunity)。PTI具有广谱性和持久性等特点，是植物防御病原微生物侵染的第一道屏障。目前，已经分离了若干植物识别PAMP的免疫受体复合体和一些重要的PTI早期免疫信号传导组分，然而，对早期免疫信号向下游传递的分子机制的理解还十分匮乏，PTI信号通路下游一些重要的组分还有待分离。项目承担者前期分离到了响应PTI识别的转录因子PRP1（BES1），本项目深入研究了BES1参与PTI信号传导的分子机制，证明BES1作为MAPK激酶的直接底物，调控植物的免疫信号传导和抗病性。. 研究发现BES1突变导致拟南芥对假单胞菌抗病性的减弱。植物在感受病原菌来源的PAMP后能够诱导BES1的磷酸化，进一步分析表明PAMP诱导的BES1 磷酸化发生在MKK5下游。蛋白质相互作用表明，BES1与MKK5下游的MPK6能够直接相互作用，并且MPK6能够在体外直接磷酸化BES1。我们通过蛋白质质谱分析鉴定了BES1的关键磷酸化位点（S286/S137）。磷酸化位点突变体BES1SSAA (BES1 S286A/S137A 双突变)不能回补bes1突变体的抗病性缺陷表型，表明MPK6诱导的BES1磷酸化正调控植物免疫反应。. BES1同时是油菜素内酯（BR）信号传导通路的转录因子，能够被糖原合成酶类激酶BIN2磷酸化。BR信号通过抑制蛋白激酶BIN2对BES1的磷酸化调控植物的发育。然而，BES1SSAA突变却并不影响BR调控的植物发育。这些研究结果表明植物免疫信号和激素信号通过不同类型的蛋白激酶靶向同一个转录因子BES1，并分别调控植物的免疫与发育过程。