拟南芥分泌肽PIPP1的植物免疫调节功能分析

One of the major plant immune signaling pathways is triggered by plant plasma membrane-located pattern recognition receptors (PRRs) upon perception of exogenous pathogen-associated molecular partterns (PAMPs) and endogenous signal molecules. Currently, it is largely unknown how endogenous molecules are perceived and invovled in plant immune regulation. Recently, we identified a novel gene family of secreted peptide precursors, termed prePIPPs, in Arabidopsis through an in-silico approach. In this project, four aspects of studies will be suggested as followed: First, the analysis of the gene expression patterns. Second, The PIPP peptide will be identified through phenotypic analyses of trangenic lines overexpressing full-length and various C-terminally truncated prePIPPs tohether with liquid chromatography–mass spectrometry (LC-MS)-based sequence analysis. Then, the chemical synthetic peptide will be used to test its immune-related activities. Third, we will employ the RNA-seq technique to analyze the PIPP-regulated gene expression, and try to get some clues for elucidation of the peptide-regulated immune signaling pathways. Fourth, the loss-of-function mutants of some LRR-RLKs, including Flagellin-sensitive 2 (FLS2), BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-associated receptor kinase 1 (BAK1) and some XI subfamily members of leucine-rich repeat receptor-like kinases (LRR-RLKs), will be used to analyze the potential mechnism of PIPPs recognition. The illumination of the above problems will not only largerly uncover the function of PIPPs invovled in plant immunity, but also advance our understainding of the molecular mechnism underlying plant immune regulation.

植物能够通过细胞表面模式识别受体（PRRs）识别病原相关分子模式和植物内源信号分子启动免疫发生。当前，我们对PRRs识别植物内源分子调节免疫发生的机制了解甚少。近期，申请人利用生物信息学方法筛选了一类拟南芥分泌肽前体prePIPPs，并发现该家族蛋白C端保守的15个氨基酸组成的多肽PIPP1-15aa能够显著诱导活性氧产生等免疫反应，表明该家族蛋白能够参与植物免疫。本项目将继续开展以下研究：（一）分析prePIPPs的表达模式；（二）通过过表达表型分析和质谱分析鉴定该分泌肽前体对应的成熟分泌肽PIPPs，并分析该分泌肽的免疫相关功能；（三）通过RNA-seq技术分析PIPPs调控的拟南芥基因表达，初步揭示PIPPs参与的免疫信号途径；（四）以部分细胞表面受体激酶为研究对象，分析参与PIPPs识别的可能机制。以上研究将有助于我们揭示该类分泌肽的免疫相关功能，加深我们对植物免疫调节机制的理解。

植物细胞可通过细胞表面模式识别受体（PRRs）识别病原相关相关分子模式（PAMPs）和植物內源损伤相关分子模式（DAMPs）触发免疫反应，调节植物对病原菌的抗性。相比较PAMPs，我们对植物识别DAMPs和调控免疫发生的机制了解较少。前期申请人鉴定了一类新的未知功能分泌肽前体基因prePIPP1，推测其功能可能作为一类新的DAMP。在本项目中，我们利用分子生物学、遗传学、生物信息学、生物化学和植物病理学等研究方法开展研究，并获得以下研究结果：（1）序列分析显示prePIPP1为分泌肽前体蛋白，其同源蛋白存在于多数十字花科植物；（2）prePIPP1主要在拟南芥维管系统表达，其表达受病原菌侵染诱导；（4）体外表达和纯化的prePIPP1蛋白能够诱导包括MAPK激活、胼胝体沉积和免疫相关基因表达等免疫反应，并增强拟南芥对Pst DC3000的抗性；（5）通过对体外表达和化学合成prePIPP1不同区域对应的小肽进行免疫诱导活性分析，明确prePIPP1羧基端31个氨基酸组成的小肽PIPP1为prePIPP1活性表位触发免疫反应；（6）通过RNA-seq技术分析了PIPP1调控的拟南芥基因表达，揭示PIPP1诱导拟南芥PTI信号途径、SA信号途径和细胞壁修饰修饰相关基因表达；（7）prePIPP1过表达能够引起拟南芥细胞死亡和增强拟南芥对Pst DC3000的抗性；（8）通过对病原菌响应XI亚家族LRR-RLK突变体进行筛选鉴定了PIPP11不敏感突变体，通过生物化学和遗传学分析明确EIK1（At5g25930）为PIPP1的受体，证实PIPP1调节的拟南芥免疫信号完全依赖于EIK1。综上所述，我们从模式植物拟南芥体内鉴定了一类新的分泌肽类DAMP——PIPP1，证明PIPP1能够触发依赖于其受体EIK1依赖的免疫反应和增强拟南芥对病原菌的抗性。该研究不仅揭示了一种新的植物识别內源信号分子进而激活机制免疫的分子机制，同时为将来利用植物自身免疫手段增强植物抗病能力，开发生物安全性高、可持续利用的作物改良新技术提供重要理论基础。项目资助发表SCI论文两篇，待发表论文两篇。参与培养博士研究生1名、硕士研究生1名。项目经费20万元，支出14.9万元，各项支出与预算基本相符。剩余经费5.1万元，计划用于本项目后续科研支出。