中大發現水稻天然免疫重要受體

     來自中山大學生命科學學院的研究人員發表了題為“Lysin Motif–Containing Proteins LYP4 and LYP6 Play Dual Roles in Peptidoglycan and Chitin Perception in Rice Innate Immunity”的文章，發現了兩個在水稻天然免疫調控中扮演重要作用的模式識別受體，并解析了這兩個受體的作用機制，為進一步探討植物天然免疫提供了寶貴的資料。相關成果公布在植物性領域期刊the Plant Cell雜志（doi:10.1105/tpc.112.102475）文章的通訊作者是中山大學生命科學學院王金發教授團隊的青年學術骨干王宏斌副教授，該課題組長期從事植物分子生物學領域的研究。

       植物的天然免疫是植物免疫系統的重要組成部分，植物能通過細胞表面免疫受體和胞內免疫受體感受來源于病原微生物的分子，激活天然免疫，抵御病原物的侵染。這些存在于植物細胞膜上的受體（模式識別受體，pattern-recognition receptors,PRRs）能通過識別病原體上的一些共有的、保守的分子基序（即微生物相關分子模式，microbe-associated molecular patterns, MAMPs），引發先天免疫反應。不同種類的病原菌具有不同的MAMPs，例如肽聚糖（PGN）和幾丁質（chitin）分別是細菌與真菌的MAMPs。長期以來，尋找植物細胞表面針對各種病原微生物相關分子的特異性識別受體，是理解植物天然免疫反應的關鍵。

       有趣的是，研究人員發現用過量的肽聚糖進行預處理，會造成水稻細胞對幾丁質，而不是鞭毛蛋白應答的大幅度下降，相反，幾丁質的預處理，則會引起細胞對肽聚糖應答靈敏度降低，這說明肽聚糖和幾丁質在水稻中有重疊的感應元件。總而言之，這項研究證明了LYP4 和LYP6在水稻天然免疫調控中的關鍵作用，指出了這兩種蛋白能作為肽聚糖和幾丁質的多重模式識別受體。該研究在植物中發現，可識別跨物種（細菌與真菌）微生物病原相關分子的植物模式識別受體。這一研究成果不僅為進一步探討植物天然免疫提供了寶貴的資料，也將促進其信號傳導與調控機理的研究。此外，水稻作為主要的糧食作物，其產量受細菌病害與真菌病害的嚴重制約。因此，深入了解水稻感應病原菌入侵以及響應過程，對于水稻病害防治以及抗性育種具有重要的應用前景。

      這篇文章中，研究人員發現兩個同源的水稻含lysin motif（LysM）結構域的糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白：LYP4 和LYP6，能結合細菌肽聚糖（peptidoglycan, PGN）結構，以及真菌幾丁質（chitin）結構，作為模式識別受體PRRs，引發水稻作出免疫應答。研究人員通過亞細胞定位與微粒體組份分離鑒定，確定這些蛋白在水稻細胞中的細胞膜定位，并且發現當水稻接觸到細菌病原體，或者不同的微生物相關分子模式時，能快速誘導編碼這兩個蛋白的基因轉錄。除此之外，研究人員通過體內外結合試驗表明， LYP4 和LYP6能選擇性結合肽聚糖和幾丁質，而不能結合脂多糖（LPS），因此沉默這兩個基因之一，會特異性造成水稻中PGN-，或者chitin-誘導的防御應答，比如活性氧的生成，防御基因的激活，胼胝質沉積等，從而無法抵抗水稻白葉枯病菌，以及真菌稻瘟病菌的侵襲，但并不會影響到LPS相關的應答。