揭示擬南芥廣譜抗病基因與乙烯信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制（2020.8.10 植物微生物最前線）

2020年8月7日，New Phytologist在線發(fā)表了四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所王文明教授課題組和美國馬里蘭大學(xué)蕭順元教授課題組題為“RPW8.1 enhances the ethylene signaling pathway to feedback attenuate its mediated cell death and disease resistance in Arabidopsis”的研究論文。該研究揭示了擬南芥廣譜抗病基因RPW8.1促進(jìn)乙烯信號(hào)，而乙烯信號(hào)通路反饋抑制RPW8.1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡及抗性的機(jī)制。

植物在其生長過程中不斷遭受各種病原菌的侵襲，因此，平衡生長發(fā)育與抗病的關(guān)系，適時(shí)適量的啟動(dòng)免疫反應(yīng)對(duì)植物生存至關(guān)重要。用圖位克隆法從高抗白粉病的擬南芥MS-0生態(tài)型中克隆的廣譜抗病基因RPW8位點(diǎn)包含兩個(gè)緊密連鎖的基因：RPW8.1和RPW8.2。它們單獨(dú)或聯(lián)合對(duì)擬南芥白粉菌、煙草白粉菌、擬南芥霜霉菌和煙草花葉病毒等多種植物寄生性病原體都表現(xiàn)出較高的抗性（Xiao et al.，2001;Xiao et al.，2003;Wang et al.，2007）。之前的研究發(fā)現(xiàn)PW8.2蛋白被病原菌誘導(dǎo)產(chǎn)生后，運(yùn)輸?shù)郊闹?病原菌界面，激發(fā)如過氧化氫和胼胝質(zhì)等抗病物質(zhì)在寄主-病原菌界面的高濃度積累，達(dá)到廣譜抗病的效果（Wang et al.，2009;Huang et al.，2019）。盡管RPW8.1定位于葉肉細(xì)胞中的葉綠體周圍，與RPW8.2的定位完全不同，然而RPW8.1同樣對(duì)白粉病具有廣譜抗性。以RPW8.1的自身啟動(dòng)子表達(dá)該基因，能夠引起擬南芥葉片出現(xiàn)受限制的細(xì)胞死亡（Ma et al.，2014），意味著RPW8.1的功能被嚴(yán)格調(diào)控，但是該調(diào)控機(jī)制仍不清楚。鑒于此，作者通過酵母雙雜交系統(tǒng)篩選到RPW8.1的互作蛋白ACO4，RPW8.1能夠結(jié)合并穩(wěn)定該蛋白，這部分解釋了表達(dá)RPW8.1的擬南芥中乙烯含量的增加及乙烯信號(hào)的增強(qiáng)。擬南芥ACO4，EIN2，EIN3/EIL1，ERF6，ERF016或ORA59的功能缺失會(huì)增加RPW8.1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和防御反應(yīng)。相反，在擬南芥中過表達(dá)EIN3可消除或顯著降低RPW8.1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和抗病性。此外，ERF6，ERF016和ORA59可能是RPW8.1啟動(dòng)子活性的抑制子。已有證據(jù)表明，OAR59能夠與RPW8.1啟動(dòng)子直接結(jié)合。該研究結(jié)果揭示了RPW8.1和乙烯信號(hào)通路的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，其中RPW8.1增強(qiáng)乙烯信號(hào)，而后者通過抑制RPW8.1的表達(dá)以負(fù)向調(diào)節(jié)RPW8.1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和防御反應(yīng)。因此，RPW8.1與ethylene signaling調(diào)控模塊在維持?jǐn)M南芥生長和抗病之間的平衡發(fā)揮著重要的作用。

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所王文明課題組趙志學(xué)博士及在讀博士生馮琴為并列第一作者，王文明教授為通訊作者，美國馬里蘭大學(xué)蕭順元教授參與了該工作。該研究受到國家自然科學(xué)基金和美國自然科學(xué)基金的資助。