揭示馬鈴薯晚疫病菌重塑植物免疫新機(jī)制（2020.7.20 MolPlant植物科學(xué)）

2020年7月18日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物疫病團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant上發(fā)表了題為“Phytophthora Effectors Modulate Genome-wide Alternative Splicing of Host mRNAs to Reprogram Plant Immunity”的論文，報(bào)道了馬鈴薯晚疫病菌通過(guò)效應(yīng)子靶向寄主mRNA可變剪切途徑進(jìn)而重塑植物免疫的新機(jī)制。

真核生物大多數(shù)基因的mRNA前體需要經(jīng)過(guò)內(nèi)含子剪切等加工過(guò)程后才能執(zhí)行其分子功能，可變剪切不僅能增加編碼蛋白的多樣性，也是mRNA轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上的一種重要調(diào)控方式。近年來(lái)，隨著轉(zhuǎn)錄組高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的證據(jù)表明可變剪切在植物的生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物疫病團(tuán)隊(duì)前期圍繞單個(gè)疫霉菌效應(yīng)子調(diào)控植物mRNA剪切的致病機(jī)制取得了初步進(jìn)展（Huang et al.，Nature Communications 2017、Huang et al.，New Phytologist 2019）。然而植物與病原物互作過(guò)程中，植物mRNA可變剪切的全基因組水平變化，以及病原菌如何在全局水平精確調(diào)控植物可變剪切的機(jī)理尚還不清楚。

研究者首先利用馬鈴薯晚疫病菌侵染番茄并收取不同侵染時(shí)間點(diǎn)的樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果顯示番茄受侵染后除了大量基因的mRNA發(fā)生豐度變化之外，還有相當(dāng)數(shù)量基因的mRNA會(huì)發(fā)生顯著的可變剪切變化，說(shuō)明番茄在馬鈴薯晚疫病菌侵染后在全基因組的可變剪切水平呈現(xiàn)出相對(duì)獨(dú)立的響應(yīng)機(jī)制。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)侵染過(guò)程中番茄的部分抗病相關(guān)基因的可變剪切受到抑制，同時(shí)一些感病基因的可變剪切效率則出現(xiàn)了上升。那么番茄的這種基因組全局水平的可變剪切變化是否受到了馬鈴薯晚疫病菌的調(diào)控呢？

為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，研究者選取了在晚疫病菌侵染過(guò)程中可變剪切發(fā)生顯著變化的番茄RLPK基因，根據(jù)其剪切位點(diǎn)的變化特點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)建了熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)，通過(guò)穩(wěn)定轉(zhuǎn)基因的方法將其導(dǎo)入煙草并獲得了轉(zhuǎn)基因報(bào)告植株。隨后，該課題組在轉(zhuǎn)基因煙草上快速篩選了87個(gè)晚疫病菌侵染早期表達(dá)的效應(yīng)子，鑒定出其中9個(gè)效應(yīng)子觸動(dòng)了報(bào)告系統(tǒng)，并將其名為SREs（Splicing Regulatory Effectors）蛋白，這些SREs蛋白有一些是已經(jīng)報(bào)道過(guò)的晚疫病毒性因子，還有一些SREs蛋白的功能尚不清楚。對(duì)其中功能未知的SRE3開(kāi)展深入研究發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)子可通過(guò)與植物剪切復(fù)合體的核心蛋白U1-70K結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控馬鈴薯晚疫病菌的侵染。

該研究揭示了番茄在全基因組mRNA剪切水平響應(yīng)晚疫病菌侵染的現(xiàn)象，篩選了一批具有調(diào)控番茄可變剪切的晚疫病菌致病因子，并破解了其中一個(gè)新型致病因子通過(guò)攻擊植物可變剪切的核心元件進(jìn)而重塑植物免疫的分子機(jī)制。同時(shí)，該研究設(shè)計(jì)了一種可監(jiān)測(cè)植物免疫相關(guān)基因可變剪切變化的化學(xué)發(fā)光報(bào)告系統(tǒng)并制備了轉(zhuǎn)基因煙草，未來(lái)可廣泛運(yùn)用于篩選各種病菌、共生菌甚至昆蟲(chóng)效應(yīng)子的分子功能，推動(dòng)植物與環(huán)境生物之間的互作機(jī)理研究。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院和植物免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的黃杰博士為本文的第一作者，董莎萌教授為通訊作者，王源超教授、吳巨友教授、逯欣宇、彭倩、吳宏偉等師生，以及福建農(nóng)林大學(xué)顧連峰教授和美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)的Reddy教授也參與了該研究，國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金為本研究提供了資助。