植物抗病機理研究進展綜述

汪巧

摘 要：在面對病原微生物的侵襲時，植物用2類先天性免疫系統(tǒng)對侵染做出免疫應(yīng)答，第一類內(nèi)免疫系統(tǒng)能識別很多種類微生物的共有分子并對其做出應(yīng)答，第二類是對病原體分泌的毒力效應(yīng)因子產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)。該文根據(jù)最近的研究發(fā)現(xiàn)對植物免疫病原微生物的作用機理及研究進展進行了綜述。

關(guān)鍵詞：植物抗病；抗病蛋白；無毒效應(yīng)因子

中圖分類號 Q7 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）08-24-08

Advances on the Mechanism of Plant Disease Resistance

Wang Qiao

（College of Life Sciences， Wuhan University， Key Laboratory of Hybrid Rice， Wuhan 430072，China）

Abstract：When the plant in the face of pathogens，plants respond to the infection using two kinds of innate immune system，the first level is triggered by the recognition of Pathogen Associated Molecular Patterns，the second level is respond to the virulence factors that secreted by the pathogen.This paper summarizes the mechanism of plant defense pathogen microorganisms according to recent study.

Key words：Plant disease resistance；Resistance proteins；Virulence factors

當植物面臨各種不利環(huán)境時，會影響其生長發(fā)育，嚴重時甚至死亡，據(jù)統(tǒng)計，我國每年損失將近500億kg糧食，其中因病蟲害造成的損失達200億kg以上。因此，必須采取一定的措施控制這些損失，以減少浪費，而了解植物的抗病機制是提高疾病控制手段，保護農(nóng)作物生產(chǎn)的重要的理論基礎(chǔ)。

1 植物天然免疫系統(tǒng)

植物在自然環(huán)境中會受到各種各樣的病原物的威脅，植物表層作為第一道防線能阻止病原菌的進入，表現(xiàn)出非寄主抗性，而致病菌一般能避開這些屏障成功侵入植物內(nèi)部。當病原物侵入植物后，植物的不同器官發(fā)生病害會表現(xiàn)出不同的病理反應(yīng)，同時也影響著植物的不同生理功能，如植物的根受到侵染后發(fā)生爛根就會影響植物汲取養(yǎng)料與水分。植物病原菌主要有真菌、細菌、病毒等，侵入方式也各不相同。細菌植物病原體都是在植物的細胞空隙內(nèi)傳播，大多數(shù)真菌病原體也不會進入細胞內(nèi)部，而是把它們的菌絲伸進細胞內(nèi)部，有的會形成一些像吸器一樣特化的覓食結(jié)構(gòu)，刺入細胞內(nèi)獲取營養(yǎng)物質(zhì)，但真菌本身并不會進入到細胞質(zhì)膜[1]。病原菌分泌一些分子進入到細胞外的空隙中，例如脂多糖、鞭毛蛋白和幾丁質(zhì)，這些分子能被植物細胞表面的某些受體所識別，并引發(fā)免疫反應(yīng)。真菌類則利用吸器或者是一些未知的細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)來釋放效應(yīng)蛋白，許多效應(yīng)蛋白能夠被細胞內(nèi)的核苷酸結(jié)合受體（NB-LRR）所識別，進而引起更深更強烈的免疫反應(yīng)[2]，這些為抵御外界病原物侵染而觸發(fā)的免疫反應(yīng)都屬于植物的天然免疫系統(tǒng)。

植物的天然免疫系統(tǒng)主要可分為2個水平，第一個水平為病原相關(guān)分子模式成分觸發(fā)的免疫反應(yīng)（PAMP-Triggered-Immunity，PTI），是通過植物細胞表面的模式識別受體（Pattern Recognition Receptors，PRRs）識別病原微生物保守成分（Pathogen Associated Molecular Patterns，PAMPs）而激活的免疫反應(yīng)[2-3]。而有的病原微生物在侵染特異的宿主植物后，能通過分泌纖毛釋放一些毒力效應(yīng)因子來抑制PTI途徑，這時宿主植物進化出了第二個監(jiān)視水平以抵御病原微生物的侵染，這一水平的免疫被稱作效應(yīng)因子觸發(fā)的免疫反應(yīng)（Effector-Triggered-Immunity，ETI）。ETI 通過抗性蛋白（Resistance proteins）來直接或間接地識別病原物產(chǎn)生的效應(yīng)因子（Effectors），當R蛋白被激活后，通常會引起病原微生物感染位點處的細胞死亡，該現(xiàn)象被稱為超敏反應(yīng)（Hypersensitive Response，HR）[2-4]。植物的HR反應(yīng)能有效阻礙病原微生物在發(fā)生HR反應(yīng)的區(qū)域內(nèi)生長，特別是那些靠吸器獲取細胞養(yǎng)分的寄生蟲，而且HR反應(yīng)通常不會超出被病原微生物感染的區(qū)域。ETI途徑引起的HR反應(yīng)往往比PTI更為強烈，但并不是所有ETI途徑都會引起HR反應(yīng)，而且植物抗病也并不都會表現(xiàn)出HR反應(yīng)。

目前的觀點將植物的天然免疫系統(tǒng)分為以下4個階段：第一個階段為PAMPs引起的PTI途徑，第二階段為病原微生物分泌效應(yīng)因子抑制PTI途徑使植物對病原菌敏感，第三階段為NB-LRR蛋白特異性識別效應(yīng)因子觸發(fā)ETI免疫反應(yīng)，第四階段為在自然選擇的壓力下病原菌產(chǎn)生另外的機制來抑制ETI，而R基因也隨之產(chǎn)生新的與之相對應(yīng)抗性使ETI被反復(fù)觸發(fā)。

2 PTI免疫反應(yīng)

任何一種植物都有能使之致病的病原物，不同的病原菌，特別是細菌和真菌，會向周圍釋放多種物質(zhì)，包括多糖、脂肪酸、毒素等，病原菌分泌的某些特殊物質(zhì)作為非特異激發(fā)子能使宿主植物識別病原菌。植物中能識別這些激發(fā)子的受體具體定位目前還不是非常清楚，但受體大多數(shù)存在于細胞外部或表面，少數(shù)位于細胞內(nèi)部。研究表明，細胞表面模式受體一般由跨膜蛋白組成，細胞外部分有一個富含亮氨酸重復(fù)序列的區(qū)域，細胞內(nèi)含有一個激酶結(jié)構(gòu)域。

目前在植物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多PAMPs（表1），迄今為止研究最為深入的PAMPs是細菌的鞭毛蛋白（Flagellin），它是構(gòu)成細菌鞭毛的亞單位蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，鞭毛蛋白N端一段含有22個氨基酸殘基的肽段（flg22）在革蘭氏陰性菌中高度保守，作為激發(fā)子能引起水稻、番茄、擬南芥等植物的抗性反應(yīng)[5]。在擬南芥中，能識別鞭毛蛋白的模式識別受體是FLS2（Flagellin-sensing 2）[6]，因其C端有一段富含亮氨酸重復(fù)序列，N端連接了一個BAK1激酶（Brassinosteroid Insensitive 1-associated kinase1），所以被稱為富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶（Leucine rich repeat receptor-like kinase，LRR-RLK），屬于LRRVII亞家族成員[7]。FLS2特異性識別并結(jié)合flg22后通過磷酸化激活抗病反應(yīng)，然后FLS2通過受體介導(dǎo)的胞吞作用將信號傳遞到細胞內(nèi)部，進而引起下游抗病反應(yīng)。通過比對，在水稻等其他等高等植物中均發(fā)現(xiàn)了FLS2的同源蛋白，研究證明水稻中的FLS2同源蛋白一樣能識別flg22[8]，表明它在植物中是保守的，且在早期進化中就具有抗病功能[9]。

表1 已發(fā)現(xiàn)的病原相關(guān)分子模式（PAMPs）及相應(yīng)的模式識別受體（PRRs）

[病原相關(guān)分子模式＼&病原菌＼&活性基序＼&宿主植物＼&模式識別受體＼&參考文獻＼&鞭毛蛋白

＼&革蘭氏陰性菌＼&Flg22：鞭毛蛋白N端中含22個

氨基酸的肽段＼&擬南芥、煙草、

番茄、水稻＼&FLS2

（擬南芥，LRR-RLK）＼&5，6＼&延伸因子＼&細菌＼&elf18：延伸因子N 末端18個高度

保守的乙酰化氨基酸肽段＼&擬南芥等十字花科植物＼&EFR

（擬南芥，LRR-RLK ）＼&10，11＼&木聚糖酶＼&水霉＼&TKLGE：木聚糖酶表面抗原表位的

5 個氨基酸小肽＼&番茄、煙草＼&LeEIX1和LeEIX2

（番茄，RLPs）＼&55，56＼&幾丁質(zhì)＼&大多數(shù)真菌＼&N-乙酰幾丁質(zhì)寡糖＼&水稻、擬南芥、番茄、

小麥、大麥＼&CEBiP（水稻，RLPs）

CERK1（擬南芥）＼&12＼&Ax-21＼&水稻白葉枯病菌＼&axYs22：N 末端硫酸化的

17個保守氨基酸片段＼&水稻＼&XA21（水稻，LRR-RLK）＼&13＼&谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶＼&大豆疫霉＼&Pep-13：依賴于鈣離子的谷氨酰胺

轉(zhuǎn)氨酶13個保守氨基酸肽段＼&番茄、芹菜＼&未知＼&57＼&]

延伸因子Tu（Elongation factor Tu，EF-Tu）是細菌中大量存在的另一種蛋白，其N末端有18個高度保守的乙酰化氨基酸肽段（elf18），該片段在擬南芥等十字花科植物中能誘發(fā)與完整的EF-Tu一致的免疫反應(yīng)。細菌中的EF-Tu能引起免疫應(yīng)答而植物中的EF-Tu沒有激發(fā)子活性，而且細菌EF-Tu僅對十字花科植物有感染力，表明了植物對細菌EF-Tu具有特異性識別作用，病原物對植物的侵染也具有選擇特異性[10]。擬南芥中的EFR（EF-Tu receptor）是EF-Tu的模式識別受體，EFR與FLS2結(jié)構(gòu)類似，都屬于LRRVII亞家族[11]。用EF-Tu感染煙草不會引起免疫反應(yīng)，但是將擬南芥的EFR基因轉(zhuǎn)入煙草后在接觸EF-Tu同樣能產(chǎn)生抗病反應(yīng)，另一個實驗用延伸因子的保守肽段感染擬南芥，發(fā)現(xiàn)能誘導(dǎo)一系列的基因發(fā)生變化，其中也包括EFR，說明了植物中參與PTI反應(yīng)的各種成分都是保守的。

大多數(shù)真菌的細胞壁都含有幾丁質(zhì)（Chitin），N-乙酰幾丁質(zhì)寡糖作為真菌的PAMPs能引起小麥、大麥等許多植物的抗性反應(yīng)，水稻中幾丁質(zhì)的模式識別受體是幾丁質(zhì)結(jié)合蛋白（Chitin elicitor binding protein，CEBiP），CEBiP是跨膜蛋白，胞外含有兩個LysM，與類受體蛋白（Receptor-like proteins，RLPs）類似，也具有胞外亮氨酸重復(fù)序列及跨膜域， 但胞質(zhì)內(nèi)缺少蛋白激酶域[12]；水稻白葉枯病菌分泌的Ax21（Activator of Xa21-mediated immunity）蛋白在黃單胞菌屬細菌中是完全保守的，其N 末端硫酸化的17個保守氨基酸片段axYs22也具有PAMPs活性，在水稻中的PRR是XA21，與FLS2、EFR同屬于LRRVII亞家族[13]。

除上述研究的比較清楚的PAMPs外，還有很多其他成分被確定為PAMPs。如革蘭氏陰性菌外膜的主要成分脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）、煙草疫霉分泌的纖維素結(jié)合凝集素蛋白（CBEL）、冷休克蛋白、麥角固醇等。

3 ETI免疫反應(yīng)

3.1 病原無毒基因與效應(yīng)因子 植物第一個水平的PTI免疫途徑能有效阻止大多數(shù)致病病原菌的進入，但病原微生物與植物協(xié)同進化的過程中也形成了能成功抑制PTI通路的機制。病原微生物通過III型分泌系統(tǒng)（Type III secretion system， TTSS）每次能向宿主植物細胞中釋放15～30種效應(yīng)因子[14-15]，這些效應(yīng)因子通常賦予了病菌能修飾或改變參與抗病通路的某些蛋白以減弱或抑制植物細胞生理功能的能力，從而改變周圍環(huán)境使之利于自身的生長，最終達到使植物發(fā)病的目的，病原菌中編碼這類效應(yīng)因子的基因被稱為無毒基因（Avirulence，Avr）。研究人員發(fā)現(xiàn)了一個喪失通過Type III型分泌系統(tǒng)釋放效應(yīng)因子功能的番茄變種丁香假單胞菌TTSS突變體株系，用該突變株系侵染R蛋缺失的擬南芥轉(zhuǎn)基因植株rpm1，然后再誘導(dǎo)表達AvrRpm1后（效應(yīng)因子AvrRpm1能激活RPM1），發(fā)現(xiàn)病原菌在對照組上6d擴增了5倍，而在AvrRpm1存在的條件下3d就擴增了1 000倍，說明在R蛋白缺失的條件下，AvrRpm1能促進病原菌的增殖[16]，另外研究還發(fā)現(xiàn)該株系在大豆中能引發(fā)比野生型更為強烈和迅速的轉(zhuǎn)錄重組[17]。

目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并克隆到了多種Avr基因，實驗發(fā)現(xiàn)在針對FLS2識別flg22的PTI途徑中，假單胞菌至少產(chǎn)生了3種TTSS效應(yīng)因子來抑制FLS2的識別并促進細菌的繁殖和侵染作用，目前發(fā)現(xiàn)的3個效應(yīng)因子分別是AvrPto、AvrPtoB和AvrPphB。研究表明，AvrPto和AvrPtoB有可能是在MAPK3的上游途徑中起作用以抑制PTI[18]，AvrPto可以和FLS2、EFR等模式識別受體以及BAK1的激酶區(qū)域相互作用，從而抑制受體的激酶活性和阻止FLS2-BAK1復(fù)合體形成，抑制PTI途徑[19-20]。BAK1在PTI免疫應(yīng)答反應(yīng)中能與多種模式識別受體相互作用，所以修飾BAK1能有效的抑制PTI途徑[21]；AvrPtoB是一個雙蛋白，其N端具有致毒性，羧基端可能具有終止植物細胞死亡的功能，它的C端結(jié)構(gòu)域具有E3泛素連接酶活性，能將FLS2泛素化，使之降解從而抑制FLS2的識別作用[22-23]；AvrPphB則是通過特異性降解PTI下游通路中的BIK1激酶和PBL1激酶來抑制信號的傳遞[24]。此外，假單胞菌分泌的另一種效應(yīng)因子HopAI1也能抑制PTI途徑，HopAI1是一個磷酸蘇氨酸裂解酶，能使PTI反應(yīng)中的MPK3和MPK6去磷酸化，從而抑制信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)[25]。丁香假單胞菌HopM效應(yīng)因子靶向至少一個可能參與宿主細胞囊泡運輸?shù)腁RF-GEF蛋白，表明操縱宿主植物囊泡運輸對細菌的繁殖至關(guān)重要[26]。

3.2 植物抗病基因與R蛋白 第一個成功克隆的抗病基因是玉米抗圓斑病基因Hm1。據(jù)統(tǒng)計，人們目前從植物中克隆得到的抗病基因大部分是從番茄和擬南芥中得到的，如番茄的抗葉斑病基因Pto和擬南芥的RPM1（表2）。其中根據(jù)對已知的各種植物抗病蛋白結(jié)構(gòu)的比較分析發(fā)現(xiàn)，R蛋白間往往具有相同的結(jié)構(gòu)域，大多數(shù)的R蛋白都含有富含亮氨酸重復(fù)序列（Leucine Rich Repeat ，LRR）和核苷酸結(jié)合位點（Nucleotide binding site，NBS）結(jié)構(gòu)域，有的還含有絲氨酸/蘇氨酸激酶（Serine/Threorine kinase，STK）結(jié)構(gòu)域。這些蛋白大致分為以下4類：

3.2.1 NBS-LRR類蛋白 即含NBS和LRR結(jié)構(gòu)域的R蛋白，目前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)植物R蛋白都屬于這一類。植物的NB-LRR根據(jù)其N端有無果蠅Toll白細胞介素-1受體（Toll-Interleukin-1 Receptor，TIR）結(jié)構(gòu)域又可分為2類[27-29]，第一類是N末端含有TIR結(jié)構(gòu)域的TIR-NBS-LRR，第二類為非TIR-NBS-LRR，而非TIR-NBS-LRR蛋白的N端往往連接了一個coiled-coil（CC）結(jié)構(gòu)域。序列分析發(fā)現(xiàn)擬南芥中編碼NBS-LRR的抗病基因約占整個基因組的1%，目前已經(jīng)從擬南芥中成功克隆了將近200個NBS-LRR抗病基因，其中大部分為TIR-NBS-LRR；其次為CC-NBS-LRR，如擬南芥的RPM1抗病蛋白[30]；其他的非TIR-NBS-LRR只有2.7%，如水稻的Pi-b。NBS結(jié)構(gòu)域是R蛋白的保守區(qū)域，該區(qū)域通常被稱為NB-ARC結(jié)構(gòu)域（Nucleotide-Binding adaptor shared by Apaf-1， Resistance proteins and CED-4），Apaf-1和CED-4是動物核苷酸結(jié)合寡聚化域（NOD）-受體（NLR）家族的成員，這些家族的成員都擔任著免疫反應(yīng)和凋亡調(diào)節(jié)者的角色，NB-ARC能夠結(jié)合并水解核苷酸，推測可能作為一種轉(zhuǎn)換分子使在識別病原物后調(diào)節(jié)R蛋白的活性[31-32]。LRR的結(jié)構(gòu)相對NBS而言呈多樣性，大多數(shù)人認為LRR的多樣性是是植物與病原微生物競爭的結(jié)果，這樣有利于R蛋白識別多種病原菌，研究表明LRR在病原物的識別和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中擔任重要角色[33]。

3.2.2 胞外LRR受體蛋白 即不含NBS，僅有LRR結(jié)構(gòu)域的R蛋白，目前已知的該類蛋白有番茄的抗葉霉病基因Cf-2、Cf4、Cf5、Cf9等[34]。

3.2.3 含LRR的跨膜蛋白激酶（Leucine rich repeat transmembrane protein kinase，LRR-TM-PK） 這類蛋白除了含有一個胞外LRR結(jié)構(gòu)域外，同時還含有一個跨膜結(jié)構(gòu)域和一個蛋白激酶域。

3.2.4 不屬于上述3種類型的其他R蛋白 像大麥抗白粉病基因Mlo編碼的抗病蛋白有6個跨膜結(jié)構(gòu)域（Transmembrane，TM），大麥的另一個Rpg1則只有2個串聯(lián)的絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域（STK），與其他抗病蛋白的結(jié)構(gòu)均不相同。

表2 已克隆的植物抗病基因（R基因）及相應(yīng)的無毒基因（Avr）

[植物＼&抗病基因＼&類別＼&無毒基因＼&病原菌＼&輔助

蛋白＼&參考

文獻＼&大麥＼&Mla6＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrMla6＼&Blumeriagraminisf.sp.hordeii 白粉病菌＼&未知＼&58＼&Mlo＼&4＼&6個TM ＼&無＼&Blumeriagraminisf.sp.hordeii 白粉病菌＼&未知＼&59＼&Rpg1＼&4＼&STK＼&未知＼&Puccinia graminisf.sp.tritici 柄銹菌＼&未知＼&60＼&番茄＼&Cf-2＼&2＼&LRR＼&Avr2＼&Cladosporium fulvum 番茄葉霉?。?amp;Rcr3＼&61＼&Cf-4＼&2＼&LRR＼&Avr4＼&Cladosporium fulvum 番茄葉霉?。?amp;未知＼&62＼&Cf-5＼&2＼&LRR＼&Avr5＼&Cladosporium fulvum 番茄葉霉病＼&未知＼&63＼&Cf-9＼&2＼&LRR＼&Avr9＼&Cladosporium fulvum 番茄葉霉?。?amp;HABS＼&64＼&Prf＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrPto＼&P.syringae.pv.tomato 番茄變種丁香假單胞菌＼&Pto＼&65＼&胡椒＼&Bs2＼&1＼&X-NBS-LRR＼&AvrBs2＼&X.campestris ＼&未知＼&66＼&擬南芥＼&RPM1 ＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrB、AvrRpm1＼&P.syringae pv.maculicola 丁香假單胞桿菌＼&RIN4＼& 30＼&RPP5＼&1＼&TIR-NBS-LRR＼&AvrRPP5＼&Peronospora parasitica 霜霉菌＼&AtRSH1＼&67＼&RPP8＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrRPP8＼&Parasitica Biotrophic＼&未知＼&68＼&RPS2＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrRpt2＼&P.syringae pv.maculicola 丁香假單胞桿菌＼&RIN4＼&69＼&RPS5＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrPphB＼&P.syringae pv.maculicola 丁香假單胞桿菌＼&PBS1＼&70＼&RRS-1＼&4＼&TIR-NBS-LRR-NLS-WRKY＼&PopP2＼&Ralstonia solanacearum 青枯病菌＼&未知＼&71＼&水稻＼&Pib＼&1＼&X-NBS-LRR＼&未知＼&Magnaporthe grisea 稻瘟病菌＼&未知＼&72＼&Pi-ta＼&4＼&NB-LRD＼&AvrPita＼&Magnaporthe grisea 稻瘟病菌＼&未知＼&73＼&Xa1＼&1＼&CC-NBS-LRR＼&AvrXa1＼&Xanthomonas oryzae pv.oryzae 白葉枯病菌＼&未知＼&74＼&Xa-21＼&3＼&LRR-TM-PK＼&未知＼&Xanthomonas oryzae pv.oryzae 白葉枯病菌＼&未知＼&75＼&亞麻＼&L6＼&1＼&TIR-NBS-LRR＼&Avr567＼&Melampsora lini 葉銹病菌＼&未知＼&76＼&M＼&1＼&TIR-NBS-LRR＼&AvrM＼&Melampsora lini 葉銹病菌＼&未知＼&77＼&玉米＼&Hm1＼&4＼&HC毒素還原酶＼&無＼&Cochliobolus carbonum 玉米圓斑病菌＼&未知＼&78＼&煙草＼&N ＼&1＼&TIR-NBS-LRR＼&TMV-CP＼&Tobacco mosaic virus 煙草花葉病病毒＼&NRIPI＼&79＼&甜菜＼&Hs1pro- 1＼&2＼&LRR＼&未知＼&Heterodera schachtii：甜菜胞囊線蟲＼&未知＼&80＼&]

3.3 R蛋白與效應(yīng)因子的作用模式 當效應(yīng)因子出現(xiàn)后，抗病蛋白是如何識別并與效應(yīng)因子相互作用的呢？早在1971年Flor在研究亞麻對其致病菌——葉銹病菌的小種?；剐詴r提出了“基因?qū)蚣僬f”，這一假說主要闡述了當攜帶無毒基因（Avr）的病原菌與攜帶了抗病基因的宿主植物互作時，植物表現(xiàn)出非親和性，即宿主抗??；其它情況下宿主感病則表現(xiàn)為親和[35]。之后Van der Biezen和Jones以該假說為基礎(chǔ)提出了“保衛(wèi)假說”（guard hypothesis），該假說認為抗病基因所編碼的抗病蛋白主要扮演著植物體內(nèi)監(jiān)督者的角色，主動監(jiān)視著病原無毒效應(yīng)因子或植物體內(nèi)其他因子的變化[36]。前者傾向于認為R蛋白與效應(yīng)因子是直接相互作用的，而后者提出了除R蛋白與效應(yīng)因子外還有第三方參與到該過程中，進一步提出了間接相互作用模式。

在亞麻的抗性蛋白L5、L6、L7與葉銹病菌分泌的效應(yīng)因子Avr567的酵母雙雜實驗中，結(jié)果表明二者在體外能直接相互作用[37]。水稻的Pi-ta抗病蛋白與稻瘟病菌的效應(yīng)因子AvrPita也證明了在體外能相互作用[38]。然而越來越多的研究表明大多數(shù)的R蛋白與效應(yīng)因子之間是通過另一個蛋白以間接方式相互作用的，最典型的例子是擬南芥抗病蛋白RPM1（Resistance to Pseudomonas syringae pv.maculicola 1）與RPS2（Resistance to Pseudomonas syringae）共同守護RIN4（RPM1 interacting protein 4）蛋白，III 型效應(yīng)因子AvrRpm1、AvrB和AvrRpt2出現(xiàn)后通過修飾或改變RIN4的構(gòu)象繼而激活RPM1和RPS2引起HR反應(yīng)。

AvrRpt2是RPS2的效應(yīng)因子，其產(chǎn)物是一個28KD的半胱氨酸蛋白酶[39-40]，當AvrRpt2的N端被切割后其C端21KD大小的片段能定位到RPS2所在的質(zhì)膜上，然后識別并切割RIN4上RCS1和RCS22個位點，RIN4的切除激活RPS2后起始免疫信號通路[41-45]。而RPM1激活抗性反應(yīng)是由2種不相關(guān)的效應(yīng)因子AvrB和AvrRpm1引起的[46]。AvrRpm1和AvrB二者本身都沒有激酶活性，但是AvrRpm1或AvrB效應(yīng)因子出現(xiàn)后，能引起RIN4的磷酸化，RPM1通過感知RIN4的磷酸化而被激活，從而誘導(dǎo)超敏反應(yīng)的發(fā)生，研究指出宿主RIPK激酶（RPM1-Induced Protein Kinase）能催化RIN4位點上的Thr166磷酸化進而起始免疫信號通路，然而將RIN4 166位點上的Thr突變?yōu)椴荒鼙涣姿峄腁la后，發(fā)現(xiàn)用AvrRpm1能激活RPM1而用AvrB則不能，說明RIN4 166位點很有可能就是AvrB的目標作用位點，而AvrRpm1則是通過磷酸化RIN4的其它位點來激活RPM1的[47-48]。另有研究發(fā)現(xiàn)，RIPK基因敲除突變只能部分的影響RIN4的磷酸化和RPM1介導(dǎo)的抗性反應(yīng)，表明還有其它激酶參與到這些事件中[49]。

另外，之前有研究證明假單胞桿菌的AvrPto和AvrPtoB能與抗病蛋白Pto直接相互作用并起始HR反應(yīng)[50-51]，但Pto蛋白是一個絲氨酸/蘇氨酸激酶，同時又有研究表明Pto需要進一步與NBS-LRR蛋白Prf結(jié)合才能介導(dǎo)抗病反應(yīng)，于是推測Prf才是真正的R基因，而Pto只是作為中間蛋白競爭性的與效應(yīng)因子結(jié)合，以避免其真正靶標FLS2/EFR1被識別[10，24]。除此之外，之前同樣為絲氨酸/蘇氨酸激酶的PBS1也被誤認為是R基因[52]，然而實際上PBS1與效應(yīng)因子AvrPphB相互作用后激活真正的NBS-LRR蛋白PRS5后繼而引起HR反應(yīng)[24]。

3.4 受體定位 植物免疫反應(yīng)中受體的定位還沒有一個統(tǒng)一的定論，不管是細胞質(zhì)還是細胞膜，均有免疫受體定位模型。

3.4.1 核定位 大麥的MLA10、擬南芥的RPS4與SNC均需要細胞核內(nèi)NB-LRRs的積累才能高效的誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。例如：大麥霉病效應(yīng)因子AvrA10出現(xiàn)后，MLA10被發(fā)現(xiàn)積聚在細胞核中，并且與2個WRKY家族蛋白相聯(lián)系。WRKY家族蛋白是PTI基因的轉(zhuǎn)錄抑制物，當MLA10競爭性的與WRKY家族蛋白結(jié)合后去除了WRKY家族蛋白對PTI基因的抑制作用，使得PTI水平的免疫反應(yīng)被激活[53]。

3.4.2 細胞質(zhì)定位 實驗發(fā)現(xiàn)土豆中的NB-LRR Rx蛋白是在細胞核-質(zhì)中激活免疫應(yīng)答的，但它同時需要細胞質(zhì)和細胞核二者來保證它活性的正確調(diào)節(jié)[54]。Rx蛋白與細胞質(zhì)中的RanGAP2相結(jié)合時具有Rx功能，這種相互作用可調(diào)控Rx核質(zhì)平衡。RanGAP2的過量表達可以使Rx隔離在胞質(zhì)中。然而表達一種帶有核定位信號的RanGAP2修飾成分可以使Rx 在細胞核中積累。2種模式都可以積累Rx蛋白，但是細胞核殘留抑制了Rx的功能，而細胞質(zhì)中的積累可強化Rx功能，這種調(diào)節(jié)作用具有一定微弱的自主性。再者，當有土豆病毒X的外殼蛋白（Rx的相應(yīng)誘導(dǎo)分子）出現(xiàn)后，若迫使Rx在細胞核中積累，則Rx是不具有活性的，表明病原物的識別和抗性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)都必須發(fā)生在細胞質(zhì)中，因此，核Rx積累可能是一個負調(diào)節(jié)機制，用于當無CP時抑制Rx的活性。

3.4.3 膜定位 實驗證明，擬南芥中的RPM1不管是在無活性狀態(tài)還是RIN4的T166E位點突變體出現(xiàn)時得激活狀態(tài)，它都是與細胞膜結(jié)合的，表明RPM1的激活和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生在細胞質(zhì)膜上，并在細胞質(zhì)中起始信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[44]。另外一些NB-LRRs具有膜錨定或是棕櫚化或是肉豆蔻酰化位點，能指導(dǎo)蛋白質(zhì)定位于細胞內(nèi)膜上的特異位點，例如亞麻的銹病抗性蛋白L6、M和P2分別被定位到高爾基膜、液泡膜和細胞溶質(zhì)中，在L6、M和P2彼此之間交換N端結(jié)構(gòu)域的實驗中表明膜上的附著對L6抗性蛋白的功能及由自主性L6的TIR結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)的效應(yīng)因子依賴型的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)非常重要，說明L6蛋白早期的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生在高爾基膜上。

4 結(jié)語

植物是主要的生命形態(tài)之一，能為其他生物提供生命所需的氧氣和能量等，人類和動物所必需的食物幾乎都是由植物直接或間接提供的。同動物一樣，植物也會感病，引起植物致病的因素與動物的很相似，都包含了致病微生物（如病毒、細菌、線蟲等），不適的環(huán)境（營養(yǎng)短缺或過剩等），土壤或空氣中出現(xiàn)有害物質(zhì)等。雖然植物不能像動物一樣可以主動避開不利環(huán)境，但在與環(huán)境相適應(yīng)的過程中為了抵御各種病原物的侵染，同樣進化出了特殊而高效的免疫機制。研究植物的免疫機制，對研究農(nóng)作物抗病機理和作物增產(chǎn)等具有重要意義，可以被用于支撐糧食作物改良、纖維和生物燃料生產(chǎn)。

植物免疫防御有PTI與ETI2個途徑，PTI途徑由模式識別受體識別病原微生物分子模式成分而被激活，ETI途徑則主要依賴于R蛋白對病原微生物釋放的效應(yīng)因子的識別。擬南芥中的R蛋白RPM1與RPS2的識別依賴于輔助蛋白RIN4的磷酸化。關(guān)于R蛋白的定位目前還沒有統(tǒng)一的模型，目前大致可分為3種。現(xiàn)已證明大麥的MLA10定位在細胞核中起始PTI途徑；土豆中的Rx蛋白需要核質(zhì)互作保證Rx蛋白的正確活性；亞麻的L6在高爾基體上起始信號通路，而擬南芥中RPM1是定位在質(zhì)膜上起始信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的。

在過去的幾十年中，科學(xué)家們在植物免疫方面的認識已經(jīng)大大提高，但這些只是冰山一角，還有很多尚不清楚的地方，例如R蛋白的活化機制具體是怎樣的，是什么信號激活受體，它們都是在哪并如何引發(fā)防御信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的，這些都有待科學(xué)家們進一步的研究。

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