與微生物無(wú)關(guān)的分子模式觸發(fā)大白菜保守但可變的生理和轉(zhuǎn)錄變化

（2020.11.16?園藝研究）

大白菜（Brassica rapa ssp.Pekinensis）是東北亞地區(qū)包括中國(guó)、朝鮮、韓國(guó)和日本等國(guó)家廣泛種植的重要蔬菜作物，與模式種擬南芥關(guān)系密切。其生長(zhǎng)與多種微生物自然相關(guān)，包括病毒，細(xì)菌，真菌等。植物利用大量的細(xì)胞表面和細(xì)胞內(nèi)免疫受體來(lái)感知與病原體感染相關(guān)的各種免疫原性信號(hào)，進(jìn)而激活防御，研究早期的免疫信號(hào)事件對(duì)開(kāi)展此類蔬菜作物抗病育種的研究具有重要意義。

近日，Horticulture Research在線發(fā)表了韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)Cécile Segonzac團(tuán)隊(duì)題為Perception of unrelated microbe-associated molecular patterns triggers conserved yet variable physiological and transcriptional changes in Brassica rapa ssp.pekinensis的研究論文，揭示了模式觸發(fā)免疫Pattern-triggered immunity（PTI）在作物保護(hù)方面的相關(guān)性，并為蕓苔屬植物抗病育種指明了特定的功能靶點(diǎn)。

PTI包括使植物抵御微生物入侵的不同轉(zhuǎn)錄和生理反應(yīng)。表面局部模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別保守的微生物相關(guān)分子模式（MAMPs）并啟動(dòng)分支信號(hào)級(jí)聯(lián)，最終有效地抑制病原體的生長(zhǎng)。在模式種擬南芥中，雖然不同PRRs觸發(fā)的早期PTI事件的性質(zhì)或強(qiáng)度取決于所檢測(cè)到的MAMP的來(lái)源和特征，但其廣泛保守。該研究鑒定了Brassica rapa基因組中存在的PRR同源物，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)拷貝的Elongation factor-Tu receptor（EFR），進(jìn)一步的遺傳轉(zhuǎn)化研究表明雖然BraEFR的兩個(gè)等位基因都有表達(dá)，且在蛋白序列上與AtEFR沒(méi)有明顯差異，但只有一個(gè)BraEFR的亞型是有功能。

之后研究者用細(xì)菌鞭毛蛋白flg22和真菌細(xì)胞壁成分幾丁質(zhì)這兩種不相關(guān)的MAMPs處理B.rapa幼苗。RNA-seq數(shù)據(jù)表明，這兩個(gè)MAMPs都引起了大量的轉(zhuǎn)錄重編程，并在30分鐘出現(xiàn)了明顯的重疊，包括2482個(gè)基因和1331個(gè)基因，分別被flg22和幾丁質(zhì)上調(diào)和下調(diào)。處理3h后，幾丁質(zhì)處理葉片的轉(zhuǎn)錄變化程度（上調(diào)基因2664個(gè)，下調(diào)基因3690個(gè)）高于flg22處理葉片的轉(zhuǎn)錄變化程度（上調(diào)基因1298個(gè)，下調(diào)基因2510個(gè)），上調(diào)的DEGs主要與激素和防御化合物的生物合成有關(guān)。研究結(jié)果表明，B.rapa對(duì)幾丁質(zhì)的響應(yīng)比f(wàn)lg22更強(qiáng)、更持久或更明顯，與擬南芥相比，B.rapa的幾丁質(zhì)感知受到不同的調(diào)控，并導(dǎo)致與抗真菌防御相關(guān)的特異性反應(yīng)（例如合成不同的吲哚-硫代葡萄糖酸鹽化合物）。

最后，使用MAMP誘導(dǎo)的保護(hù)實(shí)驗(yàn)，證明細(xì)菌和真菌MAMPs激發(fā)了B.rapa強(qiáng)大的免疫力，盡管在早期信號(hào)事件的動(dòng)力學(xué)和振幅上存在顯著差異。這些結(jié)果突出了PTI在植物防御中的關(guān)鍵作用，進(jìn)一步提高了PRRs作為抗病蔬菜作物標(biāo)記輔助育種靶標(biāo)的重要性。