細(xì)胞核在植物防御反應(yīng)中的作用

尹 超， 李 梅， 劉昱輝

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，北京100081

細(xì)胞核在植物防御反應(yīng)中的作用

尹 超， 李 梅， 劉昱輝*

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，北京100081

植物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞一個(gè)基本的共同特征是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間都存在著物質(zhì)交換。大多數(shù)真核生物參與細(xì)胞核核膜運(yùn)輸?shù)拇蠓肿泳哂斜Ｊ匦裕@些細(xì)胞核組分的突變會(huì)損害植物體防御信號(hào)的傳導(dǎo)，因此核質(zhì)交換在植物先天性免疫中起重要作用。細(xì)胞核核膜對(duì)于防御調(diào)節(jié)因子在空間上的相互隔離，以及細(xì)胞受到外界刺激后相應(yīng)調(diào)節(jié)因子受誘導(dǎo)發(fā)生易位進(jìn)入細(xì)胞核，是植物體中相關(guān)防御基因表達(dá)調(diào)控的基礎(chǔ)。病原微生物的無(wú)毒蛋白多數(shù)作用于植物細(xì)胞的細(xì)胞核；寄主的抗性蛋白、免疫元件、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子等重要成分不斷進(jìn)行核質(zhì)交換，并且這些寄主成分在細(xì)胞核內(nèi)的積累量對(duì)植物防御反應(yīng)的水平起著決定性的影響。這些實(shí)事都進(jìn)一步說(shuō)明了植物細(xì)胞核對(duì)于植物與病原微生物之間的相互作用具有重要影響。本文就細(xì)胞核對(duì)于植物體與病原微生物之間相互識(shí)別的重要性進(jìn)行了新的論述。

細(xì)胞核；核質(zhì)運(yùn)輸；防御反應(yīng)信號(hào)傳導(dǎo)；植物免疫反應(yīng)

植物體的抗病性是由多個(gè)層次的非特異性免疫系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控的，這些免疫系統(tǒng)與動(dòng)物的免疫系統(tǒng)具有一些相同的基本特征［1］。第一層防御體系主要依賴(lài)于病原體（或微生物）相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs或microbe-associated molecular patterns，MAMPs）的識(shí)別。PAMPs（或MAMPs）的組分在眾多病原微生物中具有保守性［2］。寄主細(xì)胞對(duì)PAMPs的識(shí)別主要借助于特異性模式識(shí)別受體，該識(shí)別過(guò)程稱(chēng)為病原體觸發(fā)式免疫（pathogen triggered immunity，PTI），它參與誘發(fā)植物體的基本防御［3］。第二層防御系統(tǒng)是對(duì)病原體合成的無(wú)毒效應(yīng)蛋白的分子識(shí)別，稱(chēng)為效應(yīng)蛋白觸發(fā)式免疫（effectortriggered immunity，ETI）。無(wú)毒效應(yīng)蛋白是病原體針對(duì)植物細(xì)胞第一層防御系統(tǒng)進(jìn)化產(chǎn)生的識(shí)別受體，可使病原微生物避開(kāi)PTI，并能夠促進(jìn)病原體生長(zhǎng)。第二層防御系統(tǒng)還涉及其他受體蛋白的參與，主要是帶核苷酸結(jié)合位點(diǎn)和富亮氨酸結(jié)構(gòu)域（NB-LRR）的抗性蛋白，其主要的功能是識(shí)別特異的病原體無(wú)毒蛋白，或其對(duì)宿主細(xì)胞組分產(chǎn)生影響。NB-LRR類(lèi)的R蛋白（resistance proteins）根據(jù)不同的N端結(jié)構(gòu)域、螺旋卷曲（CC）或Toll／白介素-1受體（TIR）結(jié)構(gòu)域劃分為兩類(lèi)。NB-LRR類(lèi)R蛋白的功能正如一個(gè)分子開(kāi)關(guān)，當(dāng)被無(wú)毒蛋白激活后，可以導(dǎo)致宿主防御相關(guān)基因的重新編程，提高植物的防御能力。效應(yīng)蛋白觸發(fā)式免疫通常與植物體的超敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR）相關(guān)聯(lián)。超敏反應(yīng)是一種細(xì)胞程序性死亡過(guò)程，可抑制侵染位點(diǎn)處病原體的生長(zhǎng)［4，5］。

對(duì)于病原體無(wú)毒蛋白以及植物體非特異性免疫過(guò)程中自身重要組分定位的研究表明，植物細(xì)胞中多種細(xì)胞器都參與了防御反應(yīng)相關(guān)的識(shí)別及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程［6］。越來(lái)越多的證據(jù)表明，一些自細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核的蛋白質(zhì)組分對(duì)于植物細(xì)胞防御相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控具有重要的作用［7］。植物體的非特異性防御反應(yīng)涉及多種核質(zhì)運(yùn)輸?shù)膮⑴c，包括信使RNA的出核運(yùn)輸、帶核定位信號(hào)（nuclear localization signal，NLS）蛋白的入核運(yùn)輸，以及核輸出信號(hào)（nuclear export signal，NES）介導(dǎo)的核內(nèi)蛋白的出核運(yùn)輸?shù)龋?］。大多數(shù)病毒、細(xì)菌和卵菌的無(wú)毒蛋白都以細(xì)胞核為目標(biāo)，直接攻擊細(xì)胞核上對(duì)防御反應(yīng)起至關(guān)重要作用的細(xì)胞核組分［9］，或者通過(guò)自身的細(xì)胞核易位影響相關(guān)R蛋白的亞細(xì)胞定位［10］。不同的R蛋白在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸對(duì)于植物的防御反應(yīng)有非常重要的影響［11］。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)將細(xì)胞核定位于植物和病原體相互作用的第一線。更重要的是，與植物防御反應(yīng)相關(guān)的重要成分可以通過(guò)細(xì)胞核膜在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間穿梭，這為兩個(gè)區(qū)域之間防御信號(hào)的交換提供了一個(gè)可行的途徑。植物細(xì)胞中許多未激活轉(zhuǎn)錄因子或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子會(huì)滯留在細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)寄主細(xì)胞受到病原體入侵時(shí)，這些因子被激活，并利用核定位信號(hào)通過(guò)細(xì)胞核膜運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核內(nèi)，使植物細(xì)胞迅速接收細(xì)胞表面感應(yīng)信號(hào)并通過(guò)胞質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)將防御基因激活［12］。

1 核質(zhì)內(nèi)防御相關(guān)蛋白的相互作用

細(xì)胞質(zhì)中一些防御相關(guān)蛋白通過(guò)跨細(xì)胞核膜運(yùn)輸，與細(xì)胞核內(nèi)抗性相關(guān)蛋白發(fā)生作用，從而誘發(fā)防御相關(guān)基因的表達(dá)，這一過(guò)程是植物防御反應(yīng)的重要組成部分。

1.1 與M LA受體相關(guān)的植物非特異性防御

最新研究表明，一些細(xì)胞質(zhì)NB-LRR受體的部分結(jié)構(gòu)定位在細(xì)胞核上，具有觸發(fā)植物非特異性防御的作用。例如，大麥中的Mla抗性位點(diǎn)編碼CC-NB-LRR受體蛋白，該基因?qū)Π追鄄【鶥lumeria graminis f.sp.hordei具有株特異性免疫（isolate-specific immunity）的作用［13］。Shen等［10］發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)蛋白MLA10既存在于細(xì)胞質(zhì)中，又存在于細(xì)胞核。MLA10在細(xì)胞核內(nèi)的積累是激活MLA10介導(dǎo)的防御反應(yīng)所必須的，而這個(gè)積累的過(guò)程是由其同源效應(yīng)物AVRA10誘發(fā)的。在正常情況下，MLA10蛋白與核輸出信號(hào)形成融合蛋白后會(huì)阻止MLA10在細(xì)胞核內(nèi)的積累，并導(dǎo)致MLA10蛋白失去功能。同時(shí)，研究顯示MLA10

的CC結(jié)構(gòu)域與大麥中兩個(gè)WKRY轉(zhuǎn)錄因子HvWRKY1和HvWRKY2密切相關(guān)，而這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子是病原體觸發(fā)式基本免疫應(yīng)答的抑制因子［10］。植物細(xì)胞核內(nèi)的MLA10與HvWRKY2相互作用需要AVRA10參與。當(dāng)植物體檢測(cè)到病原微生物入侵后，細(xì)胞質(zhì)中的MLA受體被AVRA10激活，通過(guò)細(xì)胞核膜轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞核，進(jìn)而通過(guò)抑制HvWRKY1／2的活性，使細(xì)胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄發(fā)生快速的重新編程，引起寄主細(xì)胞的免疫應(yīng)答反應(yīng)。因此，細(xì)胞質(zhì)中被PAMP激活的MLA受體通過(guò)跨膜運(yùn)輸直接與細(xì)胞核中的HvWRKY1／2抑制因子發(fā)生作用，形成了一個(gè)不依賴(lài)R基因特異信號(hào)元件，并能將病原菌體的檢測(cè)與防御相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控迅速聯(lián)系起來(lái)的便捷分子途徑。

1.2 與RRS1-R蛋白相關(guān)的防御信號(hào)通路

RRS1-R蛋白同時(shí)具有NB-LRR結(jié)構(gòu)域和WKRY元件。實(shí)驗(yàn)表明，在酵母細(xì)胞中RRS1-R能與Ralstonia solanacearum中的Ⅲ型同類(lèi)效應(yīng)物PopP2發(fā)生反應(yīng)［14］。這兩個(gè)蛋白組分共定位于植物細(xì)胞核上，并直接接觸，發(fā)生互作。在PopP2協(xié)作下，RRS1-R可以通過(guò)其WKRY元件直接調(diào)控防御相關(guān)基因的表達(dá)，或借助輔助轉(zhuǎn)錄因子的功能來(lái)調(diào)控防御相關(guān)基因的表達(dá)。有趣的是，PopP2能夠誘導(dǎo)擬南芥的半胱氨酸蛋白酶RD19定位在細(xì)胞核上［15］。正常情況下，RD19存在于細(xì)胞質(zhì)中，主要介導(dǎo)液泡相關(guān)的囊泡的移動(dòng)以及決定囊泡的破裂。實(shí)驗(yàn)證明在活體植物細(xì)胞中，受Ralstonia入侵誘導(dǎo)產(chǎn)生的RD19與PopP2存在物理上的相互作用［15］。擬南芥rd19突變體對(duì)Ralstonia抗性降低，據(jù)此推測(cè)RD19可通過(guò)與PopP2相互作用構(gòu)成一個(gè)細(xì)胞核復(fù)合體，該復(fù)合體是激活植物防御反應(yīng)所必須的。兩者形成復(fù)合體后，通過(guò)跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核，與RRS1-R相互作用，誘導(dǎo)防御相關(guān)基因的表達(dá)。與RRS1-R不同，RD19沒(méi)有明顯的核定位信號(hào)，并且RD19的細(xì)胞核重新定位的激活機(jī)制的細(xì)節(jié)尚不清楚。

最近研究發(fā)現(xiàn)，RRS1-R介導(dǎo)的抗性反應(yīng)具有復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制。最初被認(rèn)為能夠賦予Pseudomonas syringae pv.番茄株系DC3000（編碼Avr-Rps4［16］）抗性的擬南芥RPS4蛋白可與RRS1等位基因編碼蛋白協(xié)同作用，有效阻止青枯病、丁香酸假單胞菌和炭疽病菌三種病原體對(duì)植物體的侵染［17，18］?，F(xiàn)在還不知道RRS1和RPS4通過(guò)何種機(jī)制共同進(jìn)入細(xì)胞核并觸發(fā)植物免疫。有趣的是，AvrRps4觸發(fā)的防御反應(yīng)需要RPS4在細(xì)胞核內(nèi)的積累。在植株未被侵染時(shí)，RPS4主要分布于細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)和細(xì)胞核中。然而，RPS4的亞細(xì)胞定位并不受AvrRps4的影響，RRS1-R在細(xì)胞核內(nèi)的累積卻依賴(lài)于PopP2［19］。不難想象，細(xì)胞核內(nèi)R蛋白應(yīng)有一個(gè)最大濃度來(lái)控制其激活不同防御反應(yīng)的功能。

1.3 與N蛋白相關(guān)的植物防御反應(yīng)

煙草的TIR-NB-LRR類(lèi)免疫受體N蛋白是一種在細(xì)胞核內(nèi)起作用的附帶R蛋白。N蛋白存在于未接種病原微生物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和核仁中。在細(xì)胞質(zhì)中，50 kDa的煙草花葉病毒復(fù)制酶（P50）的解旋酶結(jié)構(gòu)域通過(guò)NRIP1間接作用與N蛋白TIR結(jié)構(gòu)域發(fā)相互識(shí)別［20］。NRIP1是煙草中的一個(gè)硫氰酸酶，位于葉綠體基質(zhì)內(nèi)，由效應(yīng)物P50介導(dǎo)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中。在該過(guò)程中，NRIP1與P50結(jié)合形成一個(gè)細(xì)胞質(zhì)預(yù)識(shí)別復(fù)合體，該復(fù)合體通過(guò)識(shí)別N蛋白的TIR結(jié)構(gòu)域從而成功地激活防御反應(yīng)。防御反應(yīng)一旦被激活，細(xì)胞質(zhì)中的N蛋白或被易位到細(xì)胞核內(nèi)，或生產(chǎn)一個(gè)信號(hào)分子，激活N蛋白核內(nèi)聚合體，并激發(fā)下一級(jí)防御反應(yīng)。P50激活N蛋白由細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是N蛋白起作用所必須的，因?yàn)镹蛋白的積累是觸發(fā)有效防御反應(yīng)的必要條件。同時(shí)，NRIP1通過(guò)細(xì)胞瞙的再分布也是植物體對(duì)煙草花葉病毒產(chǎn)生完全抗性所必須的［21］。關(guān)于P50調(diào)控NRIP1在細(xì)胞核上再分布的分子機(jī)制提出了許多假說(shuō)。一種假說(shuō)認(rèn)為，P50通過(guò)掩蓋NRIP1的葉綠體定位信號(hào)阻止細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的NRIP1向葉綠體的轉(zhuǎn)移，并使其轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，或者P50間接阻斷所有運(yùn)入葉綠體的途徑，影響NRIP1的再分布。另一種假說(shuō)認(rèn)為，由于P50具有誘導(dǎo)外膜透化的作用，從而使得葉綠體上的NRIP1能夠通過(guò)與線粒體釋放細(xì)胞色素C相類(lèi)似過(guò)程，被葉綠體釋放到細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中。最后一種假說(shuō)認(rèn)為基質(zhì)小管也參與了NRIP1的入核運(yùn)輸?；|(zhì)小管與植物體對(duì)于生物脅迫及非生物脅迫的防御反應(yīng)存在著一定的聯(lián)系［21］。雖然還沒(méi)有證據(jù)證明基質(zhì)小管直接連接細(xì)胞核及葉綠體，但是有研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基質(zhì)小管與細(xì)胞核之間存在著密切的聯(lián)系［21］，并且這種緊密的聯(lián)系可能會(huì)增強(qiáng)NRIP1等葉綠體物質(zhì)的入核運(yùn)輸。

1.4 與EDS1相關(guān)的植物防御反應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)，不僅僅是R蛋白，植物免疫系統(tǒng)中其他的重要組分也在頻繁跨越細(xì)胞核膜。植物免疫調(diào)節(jié)因子EDS1（enhanced disease susceptibility 1）是植物免疫的組要成分［22］，可在細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核中與輔助調(diào)節(jié)因子PAD4（phytoalexin deficient4）和SAG101（senescence-associated gene 101）短暫的結(jié)合［22］。EDS1、PAD4和SAG101的復(fù)合物構(gòu)成了免疫系統(tǒng)中重要的調(diào)節(jié)位點(diǎn)，既可介導(dǎo)TIR-NB-LRR蛋白效應(yīng)物-觸發(fā)式激活過(guò)程，又可以調(diào)節(jié)基本的免疫反應(yīng)［23］。雖然尚未發(fā)現(xiàn)RPS4的積累或靠近細(xì)胞核的過(guò)程中必須需要EDS1，但在R蛋白的激活及細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子重新編程之間的某個(gè)環(huán)節(jié)上，EDS1是RPS4調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及發(fā)揮功能所必須的因素。最近，Garcia及其同事［24］發(fā)現(xiàn)RPS4對(duì)AvrRps4的識(shí)別會(huì)引起EDS1的積累，并引導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的重新編程。

擬南芥的snc1（suppressor of npr1-1，constitutive 1）突變體攜帶一個(gè)功能變異的TIR-NB-LRR型R基因，表現(xiàn)為組成型防御激活并且對(duì)烈性病原體的抗性增強(qiáng)［25］。snc1突變體具有的EDS1依賴(lài)型組成型抗性與細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)中EDS1相對(duì)含量的改變有關(guān)。因此，通過(guò)平衡EDS1在細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)之間的相互運(yùn)輸可以調(diào)節(jié)防御特異性相關(guān)基因的激活或抑制，從而使植物體產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆烙磻?yīng)。

2 核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)是植物防御反應(yīng)的重要調(diào)控途徑。在空間上，細(xì)胞核核膜膜對(duì)轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子起著隔離的作用，當(dāng)細(xì)胞受到病原體入侵等外界刺激時(shí)會(huì)誘導(dǎo)兩者進(jìn)行核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。這構(gòu)成了植物體內(nèi)防御相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控的重要基礎(chǔ)。

NPR1（non-expressor of pathogenesis-related genes1，又被稱(chēng)為NIM1）的編碼產(chǎn)物是植物系統(tǒng)獲得性抗性的關(guān)鍵調(diào)控因子。在沒(méi)有病原體入侵的情況下，攜帶具有活性雙向核定位信號(hào)的NPR1主要以未激活的低聚復(fù)合物的形式儲(chǔ)存在細(xì)胞質(zhì)中。當(dāng)有病原體入侵時(shí)，細(xì)胞的氧化還原勢(shì)被誘導(dǎo)發(fā)生改變，使NPR1低聚物被部分分解為具有活性的單體狀態(tài)，并通過(guò)易位作用進(jìn)入細(xì)胞核。在細(xì)胞核中，NPR1與TGA-bZIP相互結(jié)合，構(gòu)成基因轉(zhuǎn)錄的輔助活化劑，可以促進(jìn)抗性相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。

番茄中的Le Cp液泡激酶與擬南芥液泡半胱氨酸蛋白酶RD19相似，受到乙烯誘導(dǎo)的木聚糖酶的激發(fā)子處理后，經(jīng)跨膜運(yùn)輸運(yùn)入細(xì)胞核內(nèi)。在細(xì)胞核中，Le Cp作為轉(zhuǎn)錄因子激活A(yù)CC合酶基因的表達(dá)。該途徑的具體過(guò)程尚未明確。與RD19一樣，Le Cp不含保守的NLS結(jié)構(gòu)，但在酵母中與SUMO發(fā)生相互作用，因而認(rèn)為SUMO對(duì)Le Cp的修飾作用可能是Le Cp入核運(yùn)輸所必須的條件?；谠撚^點(diǎn)可推測(cè)：在細(xì)胞質(zhì)中Le Cp主要表現(xiàn)為半胱氨酸蛋白激酶活性，經(jīng)SUMO修飾后可經(jīng)跨膜運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞核，并誘導(dǎo)ACC合酶基因的表達(dá)。

蛋白質(zhì)向細(xì)胞核內(nèi)的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸對(duì)于轉(zhuǎn)錄調(diào)控的重要性還可以通過(guò)分泌型磷脂酶Ats PLA2-α的作用體現(xiàn)。酵母雙雜篩選顯示，Ats PLA2-α與擬南芥MYB基因家族的轉(zhuǎn)錄因子At MYB30存在交互作用，后者編碼的產(chǎn)物是調(diào)節(jié)細(xì)菌誘導(dǎo)的超敏反應(yīng)及防御反應(yīng)的正調(diào)控因子［12］。At sPLA2-α在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)起著控制生長(zhǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白向細(xì)胞質(zhì)膜的運(yùn)輸?shù)淖饔?。At sPLA2-α的N端帶有信號(hào)肽，利用黃色熒光蛋白標(biāo)記的At sPLA2-α進(jìn)行檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，At sPLA2-α主要集中在細(xì)胞的高爾基體囊泡中，并最終被分泌到細(xì)胞外［12］。然而，在At MYB30存在的情況下，At sPLA2-α在細(xì)胞中的定位發(fā)生部分改變，從胞質(zhì)囊泡轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，并與At MYB30發(fā)生相互作用。兩者間的互作會(huì)導(dǎo)致受AtMYB30調(diào)控的轉(zhuǎn)錄受到抑制，對(duì)植物的超敏反應(yīng)進(jìn)行負(fù)調(diào)控。擬南芥的Atspla2-α突變體在接種細(xì)菌時(shí)表現(xiàn)為抗性增強(qiáng)，而Atspla2-α表達(dá)的增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致植株在接種細(xì)菌時(shí)抗性的降低。這表明Ats PLA2-α是At MYB30所介導(dǎo)的防御反應(yīng)的負(fù)調(diào)控因子。目前，At sPLA2-α入核運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制尚不明確，但可以借助Le Cp和RD19的相互作用來(lái)進(jìn)行解釋。Le Cp和RD19的相互作用，普遍認(rèn)為是由于EIX和PopP2引起了膜的透化，導(dǎo)致液泡膜裂解，使得Le Cp和RD19從相互隔離的液泡結(jié)構(gòu)中釋放到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)；兩者可以在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)被蘇素化，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核。At MYB30可能通過(guò)一些與之類(lèi)似的未知方式（可能包括At sPLA2-α的蘇素化在內(nèi)）將At sPLA2-α從相關(guān)膜結(jié)構(gòu)內(nèi)釋放到細(xì)胞質(zhì)中，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核。Le Cp、RD19和At sPLA2-α中的確都存在著易被蘇素化的賴(lài)氨酸殘基。但是，也不能排除是At MYB30阻礙了At sPLA2-α從與細(xì)胞核膜具有一定連續(xù)性的內(nèi)膜系統(tǒng)向細(xì)胞外逆向運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。最終，At MYB30通過(guò)與Ats PLA2-α結(jié)合屏蔽了的囊泡定位信號(hào)，或通過(guò)間接破壞細(xì)胞總的囊泡分揀過(guò)程，對(duì)At sPLA2-α在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)造成影響。

3 防御相關(guān)蛋白的細(xì)胞核入核／出核轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

在真核細(xì)胞中，蛋白質(zhì)和RNA在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的運(yùn)輸主要通過(guò)核孔復(fù)合體（NPCs）進(jìn)行。核孔蛋白復(fù)合體由核孔蛋白組成，跨越細(xì)胞核的兩層核膜。生物大分子的膜質(zhì)運(yùn)輸主要依靠轉(zhuǎn)運(yùn)受體（輸出蛋白和輸入蛋白），通過(guò)核膜孔進(jìn)行運(yùn)輸［26］。輸入蛋白和輸出蛋白分別可以識(shí)別貨運(yùn)蛋白上的核定位信號(hào)或核輸出信號(hào)［27］。α輸入蛋白是一個(gè)銜接蛋白，它可以連接到含NLS信號(hào)的貨運(yùn)蛋白上，然后介導(dǎo)它們與輸入蛋白β之間的相互作用。輸入蛋白α／β／貨運(yùn)蛋白的三聚體復(fù)合物，通過(guò)輸入蛋白β的介導(dǎo)與核孔蛋白Nups發(fā)生互作，然后由核孔復(fù)合體轉(zhuǎn)入細(xì)胞核。生物大分子在細(xì)胞核上的轉(zhuǎn)運(yùn)方向是由Ran-GDP（細(xì)胞質(zhì)側(cè)）與Ran-GTP（細(xì)胞核側(cè)）比例決定的。當(dāng)復(fù)合物在細(xì)胞核內(nèi)與Ran-GTP結(jié)合后，復(fù)合物便被分解，輸出蛋白α／β被運(yùn)回細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行下一輪的運(yùn)輸［26］。

擬南芥snc1突變體對(duì)于多種病原體都表現(xiàn)為抗性增強(qiáng)［25］。通過(guò)對(duì)snc1的抑制篩選，發(fā)現(xiàn)MOS3、MOS6和MOS7（用于SNC1蛋白的修飾）是三個(gè)與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因，與植物基礎(chǔ)抗性以及由幾種R基因和snc1基因所介導(dǎo)的抗性密切相關(guān)。參與信使RNA出核運(yùn)輸?shù)臄M南芥核孔蛋白Nup96（MOS3／SAR3），及核孔蛋白Nup88（MOS7）都定位于細(xì)胞核上，并且是植物體基礎(chǔ)防御以及R基因所調(diào)控的對(duì)無(wú)毒病原體的抗性所必須的［8］。然而，MOS對(duì)snc1介導(dǎo)的防御反應(yīng)及植物體基本防御反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制尚不明確。MOS3可能參與了一個(gè)重要RNA分子的出核運(yùn)輸，這個(gè)RNA分子編碼的正調(diào)控因子對(duì)于激活抗病反應(yīng)具有非常重要的作用。MOS7對(duì)于自發(fā)性激活的R蛋白SNC1，以及下游的防御信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件EDS1和NPR1在細(xì)胞核內(nèi)的特異性積累必不可少［8］。這表明MOS7在細(xì)胞中起著NB-LRR蛋白的細(xì)胞核分子伴侶的作用。上述結(jié)果表明對(duì)多種防御調(diào)節(jié)因子核內(nèi)濃度的特異性調(diào)節(jié)對(duì)于植物防御反應(yīng)的微調(diào)具有至關(guān)重要的作用。

在擬南芥中，輸入蛋白α4的主要功能是優(yōu)先參與農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化過(guò)程［28］，而輸入蛋白α3（MOS6）的主要功能則是參與植物體對(duì)于烈性病原體的防御反應(yīng)，并且是防御反應(yīng)必須的組分［29］。最后，RanGap2（Ran-GTPase復(fù)合物激活蛋白2）與NB-LRR蛋白R(shí)x間互作關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，以及RanGap2的沉默可導(dǎo)致Rx介導(dǎo)的抗性減弱的事實(shí)［30］，都證實(shí)了關(guān)于植物防御反應(yīng)中存在核孔R(shí)an調(diào)節(jié)元件的推測(cè)。因此，Rx進(jìn)入細(xì)胞核的過(guò)程可能是由RanGap2引導(dǎo)的。RanGap2或是作為載體蛋白促進(jìn)Rx向細(xì)胞核內(nèi)的運(yùn)輸，或是通過(guò)修飾Rx的折疊使其可與其它的載體蛋白結(jié)合，促進(jìn)它在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)。

總體上講，這些發(fā)現(xiàn)有力地說(shuō)明了NPC組分能夠特異調(diào)節(jié)許多重要的貨運(yùn)蛋白在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)。這其中包括NB-LRRR蛋白、免疫元件（例如EDS1／PAD4／SAG101復(fù)合體）、TGA或bZIP轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（包括NPR1和At s PLA2-α）和絲裂原活化蛋白激酶等。這些蛋白都參與植物的抗病反應(yīng)，并且在當(dāng)植物體防御反應(yīng)被激活時(shí)被轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞核［7］。因此，通過(guò)特異地調(diào)節(jié)這些主要成分在細(xì)胞核內(nèi)濃度，可使植物體對(duì)病原體的入侵做出適當(dāng)且有效防御反應(yīng)。

4 結(jié)論及展望

近年來(lái)關(guān)于揭示防御相關(guān)蛋白未知的跨核膜運(yùn)輸機(jī)理的研究取得了令人激動(dòng)的進(jìn)展。這些研究結(jié)果越來(lái)越多的表明，細(xì)胞核對(duì)于植物體對(duì)外界病原體的防御起著至關(guān)重要的作用，這也為作物抗病品質(zhì)的改良提供了一個(gè)有效的途徑。例如，我們可以通過(guò)改善植物體內(nèi)防御相關(guān)蛋白跨細(xì)胞核膜的運(yùn)輸來(lái)提高寄主植物的防御反應(yīng)。但是，我們依然對(duì)于抗性相關(guān)蛋白亞細(xì)胞定位動(dòng)態(tài)變化的分子機(jī)理了解不多。并且，越來(lái)越多的證據(jù)表明，細(xì)胞需要借助不同細(xì)胞器中的防御相關(guān)蛋白的共同轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)產(chǎn)生適當(dāng)強(qiáng)度的防御反應(yīng)，例如葉綠體、線粒體、細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等。這就需要我們從更全面、更綜合的角度對(duì)于細(xì)胞核及其他細(xì)胞器在植物體防御反應(yīng)中的作用進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)本領(lǐng)域最新研究進(jìn)展總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于植物防御反應(yīng)靈活、復(fù)雜的形成機(jī)制，在未來(lái)的研究中還有許多富有挑戰(zhàn)的問(wèn)題等待我們?nèi)ソ鉀Q。

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The Role of the Nucleus in Plant Defense Response

YIN Chao，LIMei，LIU Yu-hui*
Biotechnology Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China

The exchanges of components between the cytoplasm and the nucleus exist in both the plant cells and and animal cells.Themacromolecules involved in the nuclear membrane transport are conservative in most eukaryotes.These nuclei components mutations impair the signal transduction of plant defense.It indicates that nucleocytoplasmic exchange plays an important role in plants innate immunity.The spatial isolation of defense regulators by the nuclear envelope and stimulus induced nuclear translocation are of great significance to the defense-associated gene regulation in plants.Lots of effectors from various pathogens are targeted to the cell nucleus of host plants.Additionly，the frequent transport of important host factors，like R proteins，immunity components，transcription factors and transcriptional regulators between the cytoplasm and the nucleus，and their amounts in the nuclear determine the defense response of the host plants.All the facts show the importance of the nucleus in the interaction between plants and pathogens.This paper makes a summary of recent discoveries that show the significant role of nucleus played in themutual recognition between pathogens and plants.

nucleus；nucleocytoplasmic trafficking；defense response signal transport；plant immune response

10.3969／j.issn.2095-2341.2013.01.03

2012-06-15；接受日期：2012-12-25

國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專(zhuān)項(xiàng)（2011ZX08009-003-005）資助。

尹超，碩士研究生，研究方向?yàn)橹参锘蚬こ獭?通訊作者：劉昱輝，副研究員，博士，主要從事植物基因工程研究。

E-mail：liuyuhui＠caas.cn