在植物與病原菌的長期斗爭中，效應(yīng)子是病原菌攻擊寄主植物的武器，病原菌分泌效應(yīng)子攻擊植物的免疫系統(tǒng)導(dǎo)致植物感??；植物進(jìn)化出精細(xì)、復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，通過識別病原菌效應(yīng)子激活植物抗性從而保護(hù)自身免受侵害。植物細(xì)胞表面布滿多種“哨兵”受體，而疫霉菌卻攜帶一把精準(zhǔn)的“分子剪刀”作用于植物質(zhì)外體中，切斷植物免疫信號的傳遞鏈。

近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 王源超 教授領(lǐng)銜的“大豆病害綠色防控”研究團(tuán)隊在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊 Nature Plants 發(fā)表題為

A conserved

Phytophthora

apoplastic trypsin-like serine protease targets the receptor-like kinase BAK1 to dampen plant immunity

植物在自然環(huán)境中不斷遭受病原菌的侵襲。在與病原菌的長期斗爭中，植物進(jìn)化出精細(xì)、復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，通過識別病原菌侵染激活植物抗性從而保護(hù)自身免受侵害。植物細(xì)胞膜識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）作為監(jiān)控病原菌侵害的“前哨”，通過識別病原菌保守分子模式（microbe-associated molecular patterns，MAMPs），激活植物多層次防御系統(tǒng)，產(chǎn)生對病原菌的抗性—模式觸發(fā)的免疫反應(yīng)（pattern-triggered immunity，PTI）。植物PRRs識別MAMPs，迅速拉起警報，并 在質(zhì)外體中啟動第一道免疫防線—模式觸發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI）。 值得注意的是，在哺乳動物系統(tǒng)中，已有研究揭示病原菌通過分泌蛋白酶切割宿主受體來促進(jìn)感染的策略，例如人類致病菌銅綠假單胞菌分泌的金屬蛋白酶LasB可通過切割尿激酶型纖溶酶原激活物受體來增強(qiáng)其致病性【2】 。然而，在植物與病原菌的“分子博弈”中，病原菌是否以及如何在質(zhì)外體空間直接攻擊這些關(guān)鍵的"哨兵"受體元件，從而突破植物的第一道免疫防線？這一涉及植物免疫防御核心機(jī)制的關(guān)鍵科學(xué)問題，目前仍存在諸多未明機(jī)制。

為了破解疫霉菌在質(zhì)外體空間抑制寄主免疫的謎題，對大豆疫霉?jié)撛诘馁|(zhì)外體效應(yīng)子進(jìn)行了高通量的功能分析，鑒定到其中一個關(guān)鍵的“破壞者”—胰蛋白酶樣絲氨酸蛋白酶PsTry1。研究表明PsTry1能夠抑制不同MAMPs觸發(fā)的免疫反應(yīng)，且該蛋白酶依賴其蛋白酶活性發(fā)揮免疫抑制功能。深入機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，PsTry1與大豆和本氏煙的BAK1蛋白互作。 受體激酶BAK1是植物PTI信號網(wǎng)絡(luò)中的核心共受體，其與多種模式識別受體互作形成受體復(fù)合物，并啟動免疫防御反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn) PsTry1依賴絲氨酸蛋白酶活性切割BAK1的胞外結(jié)構(gòu)域，破壞免疫受體復(fù)合體的形成。進(jìn)一步通過質(zhì)譜以及大規(guī)模的氨基酸突變發(fā)現(xiàn)大豆GmBAK1的Leu163位點(diǎn)是影響PsTry1切割的關(guān)鍵氨基酸。該位點(diǎn)的突變（L163A）不僅影響了GmBAK1自免疫誘導(dǎo)的細(xì)胞壞死，同時也破壞了GmBAK1與不同 模式識別受體 （如大豆GmFLS2和GmPEPR1）的互作。以上結(jié)果表明該位點(diǎn)對于BAK1行使免疫功能的重要性。該研究還進(jìn)一步證明質(zhì)外體絲氨酸蛋白酶類“分子剪刀”切割BAK1的策略，是疫霉屬病原菌以及真菌病原菌鐮刀菌等普遍采用的、進(jìn)化上保守的“毒力武器”?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊提出了質(zhì)外體效應(yīng)子PsTry1利用其蛋白酶活性切割核心免疫元件BAK1胞外域 ， 破壞模式識別受體復(fù)合物形成，阻斷下游免疫信號傳導(dǎo)的作用模型。該研究首次揭示了病原菌通過質(zhì)外體效應(yīng)子直接切割模式識別受體核心元件的分子策略，為植物 — 病原菌質(zhì)外體空間的軍備競賽理論提供了關(guān)鍵實(shí)證。對這一過程的深入了解是全面認(rèn)識作物病害成災(zāi)機(jī)制和植物免疫形成機(jī)制的基礎(chǔ)，不但對改良作物廣譜、持久抗病性具有重要指導(dǎo)意義, 也為未來開發(fā)綠色新型生物農(nóng)藥奠定核心理論基礎(chǔ)。

PsTry1切割BAK1抑制質(zhì)外體免疫的模式圖

值得注意的是，作為植物PTI信號網(wǎng)絡(luò)中 關(guān)鍵樞紐 ，受體激酶BAK1是病原菌攻擊的重要靶標(biāo)。前人研究發(fā)現(xiàn)病原菌可在植物細(xì)胞內(nèi)攻擊BAK1以阻斷植物PTI信號傳遞，包括丁香假單胞桿菌產(chǎn) 生絲氨酸蛋白酶HopB1與模式識別受體FLS2互作，在免疫激活后切割BAK1的激酶域【3】 ；真菌效應(yīng)子NIS1靶向BAK1激酶域并抑制其激酶活性，抑制PTI信號傳導(dǎo)【4】 。該研究證實(shí)了疫霉菌通過質(zhì)外體“分子剪刀”切割BAK1抑制免疫的保守策略，不僅拓展了植物—病原菌“攻防戰(zhàn)”的時空維度（從細(xì)胞內(nèi)延伸到質(zhì)外體），更為設(shè)計靶向BAK1保護(hù)的新型抗病方案奠定了分子基礎(chǔ)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 為論文第一完成單位。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后 張思聰 為論文第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 王源超教授 和 王燕教授 為論文的共同通訊作者。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和中國農(nóng)業(yè)科研體系等項(xiàng)目的支持。

參考文獻(xiàn)：

1. Zhang S, et al. (2025) A conserved Phytophthora apoplastic trypsin-like serine protease targets the receptor-like kinase BAK1 to dampen plant immunity. Nat Plants.

2. Leduc D, et al. (2007) The Pseudomonas aeruginosa LasB metalloproteinase regulates the human urokinase-type plasminogen activator receptor through domain-specific endoproteolysis. Infect Immun 75(8):3848-3858.

3. Li L, et al. (2016) Activation-dependent destruction of a co-receptor by a Pseudomonas syringae effector dampens plant immunity. Cell Host & Microbe 20(4):504-514.

4. Irieda H, et al. (2019) Conserved fungal effector suppresses PAMP-triggered immunity by targeting plant immune kinases. PNAS 116(2):496-505.

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-02039-0