矛與盾之爭-病原菌通過抑制組蛋白乙醯化而調控宿主先天免疫反應

植物的先天免疫系統可以識別病原菌並啟動抗病基因的表達，但是在進化過程中，病原菌會演化出新的機制來逃避寄主免疫系統的監控。病原菌侵染常常會導致作物絕收，會造成非常大的經濟損失。以大豆疫黴菌(Phytophthora sojae)為例，該病原菌可以侵染大豆的根莖而導致大豆絕產，每年導致的經濟損失高達10億美元。最近，中國科學家在Current Biology上發表關於大豆疫黴菌致病的分子機理的研究成果。這項工作由南京農業大學王源超和董莎萌課題組合作完成，他們發現大豆疫黴菌入侵大豆後，釋放的效應子PsAvh23和乙醯化酶複合體SAGA的ADA2亞基結合後，通過干擾GCN5催化亞基乙醯化組蛋白H3K9而抑制抗病基因的表達，最終導致大豆被該菌感染。該研究揭示病原菌通過影響植物組蛋白乙醯化修飾而逃避植物先天免疫系統的防禦，為抗病植物的開發提供新的思路。景傑生物開發的賴氨酸乙醯化泛抗體為本研究修飾水平檢測的順利實施提供了重要保障。景傑生物作為全球蛋白質及蛋白質修飾領域的領跑者，可以為您提供從組學篩選到抗體定製的全套解決方案，為您的科研助一臂之力。

大豆疫黴菌(Phytophthora sojae)是大豆最致命的病原菌，它通過侵染根和莖而導致大豆絕產，每年導致的經濟損失高達10億美元。P. sojae 會分泌約400餘種效應因子，這些效應因子可以干擾大豆的先天免疫系統，逃避植物免疫系統的監視，進而導致植物感病。PsAvh23是P. sojae侵染大豆後高表達的effector。作者首先利用CRISPR/Cas9技術構建knockout的突變體菌株，結果發現突變體菌株的侵染能力顯著降低（圖 1），同時轉入PsAvh23的轉基因大豆對P. sojae更加敏感 （圖 2），這些遺傳證據暗示PsAvh23和病原菌毒力相關。隨後作者分析PsAvh23蛋白在大豆細胞中的亞細胞定位，結果表明該蛋白在細胞核和胞質中都有分布，但是如果將其融合細胞核輸出信號肽（NES）後，病原菌毒力顯著降低 （圖 3），該結果暗示PsAvh23的細胞核定位和其毒力相關。

P. sojae PsAvh23突變體 (T51, T94)毒力降低。

轉入PsAvh23的轉基因大豆對P. sojae的侵染更敏感。

PsAvh23的毒力依賴於其細胞核定位。

既然PsAvh23是P. sojae中毒力因子，那麼它是如何抑制植物抗病基因的表達而導致植物感病？作者通過酵母雙雜交技術篩選大豆中和PsAvh23相互作用的蛋白質。結果篩選到nucleosome-acetylating complex SAGA複合體的ADA2亞基。隨後利用pull-down和coIP等生化實驗證實了PsAvh23-ADA2的結合。同時還發現PsAvh23蛋白C末端中的兩個internal repeats參與和ADA2蛋白的結合。將其點突變後失去這種結合能力，而相應的突變體菌株也失去其毒力 （圖 4）。

PsAvh23蛋白C末端的ADA2-binding site對維持該菌的毒力非常重要。

ADA蛋白是植物乙醯化SAGA複合體中調節亞基，而GCN5是催化亞基。那麼PsAvh23和ADA的結合是否會影響ADA-GCN5複合體的形成，進而影響其乙醯化活性？作者做了體外的pull down實驗證明PsAvh23的存在的確會干擾ADA-GCN5複合體的形成。因此接下來作者構建GmADA-RNAi和GmGCN5-RNAi的轉基因大豆，發現其對P. sojae的敏感性增加 （圖 5）。因此上述遺傳證據表明PsAvh23的毒力和影響ADA-GCN5結合相關。接下來在體外生化實驗中，作者發現PsAvh23抑制組蛋白H3K9乙醯化呈劑量依賴效應，隨後的遺傳實驗表明，大豆被P.?sojae感染後，其組蛋白H3K9乙醯化水平的確降低 （圖 6）。

GmADA2和GmGCN5轉基因沉默的大豆對P. sojae表現為超敏感。

轉入PsAvh23的轉基因大豆中，組蛋白H3K9乙醯化水平降低。

最後作者分析PsAvh23侵染大豆前後，植物中基因表達的差異。RNA sequencing結果表明有141個可能參與植物抗病基因的表達量下調，如HSP，WRKY轉錄因子，NAC轉錄因子，MAP kinase等。作者利用qRT-PCR驗證了這些基因在大豆感病後表達量降低。之後的ChIP-qPCR實驗證實，這些基因表達量降低和其啟動子區域組蛋白H3K9ac水平降低相關 （圖 7）。因此上述實驗表明PsAvh23是通過干擾植物ADA-GCN5複合體，抑制啟動子區域組蛋白H3K9乙醯化，進而降低抗病基因的表達而逃脫植物先天免疫系統的監視，最終導致植物感病。（www.bioeg.cn）

A，P. sojae侵染後，大豆中防禦相關基因表達量降低；B，P. sojae侵染後，大豆中防禦相關表達量降低的基因，其啟動子區域H3K9乙醯化水平降低。

該研究闡明了病原菌在表觀修飾水平上調控寄主免疫反應的一種新機制，也為抗病作物的分子育種提供新思路。

來源：景傑生物

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