葉綠體介導(dǎo)的植物抗病毒防衛(wèi)反應(yīng)及病毒的反防御機(jī)制研究進(jìn)展

李宗迪, 王亞琴, 吳建祥, 周雪平,2*

(1. 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，杭州 310058；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193)

葉綠體是植物光合細(xì)胞的重要細(xì)胞器,不僅能進(jìn)行光合作用為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量,也在植物的免疫系統(tǒng)中扮演著核心角色[1-2]。葉綠體是植物細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成、抗病激素水楊酸(salicylic acid, SA)和茉莉酸(jasmine acid, JA)生物合成以及鈣離子儲(chǔ)存的重要場(chǎng)所[3]。作為植物細(xì)胞內(nèi)免疫信號(hào)的核心樞紐,葉綠體還能夠通過逆行信號(hào)(retrograde signal, RS)來平衡植物激素間的串?dāng)_和實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器間的信號(hào)交流,從而改變各種蛋白質(zhì)的表達(dá),調(diào)控光合作用和葉綠體免疫反應(yīng)[4-7]。近年來,葉綠體免疫與植物病毒之間的相互作用受到越來越多的關(guān)注。本文將從葉綠體免疫反應(yīng)抵抗植物病毒侵染以及植物病毒干擾葉綠體免疫反應(yīng)這兩個(gè)方面進(jìn)行綜述,并展望葉綠體免疫與植物病毒互作領(lǐng)域的未來研究方向。

1 葉綠體免疫反應(yīng)抵抗植物病毒侵染

1.1 葉綠體活性氧介導(dǎo)對(duì)植物病毒的抗性

在植物病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)觸發(fā)的免疫反應(yīng)(PAMP-triggered immunity, PTI)過程中,位于細(xì)胞膜表面的模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors, PRRs)識(shí)別相應(yīng)的PAMP后會(huì)磷酸化蛋白激酶BAK1(brassinosteroid-insensitive 1-associated receptor kinase 1),磷酸化的BAK1再經(jīng)過一系列的磷酸化反應(yīng)激活細(xì)胞膜上的RBOHD(respiratory burst oxidase homolog protein D, RBOHD),促使質(zhì)外體ROS的快速生成[8]。在植物細(xì)胞內(nèi),線粒體、葉綠體及過氧化物酶體都能產(chǎn)生ROS,但是Wrzaczek等發(fā)現(xiàn)在具有光合能力的組織中,葉綠體是植物細(xì)胞內(nèi)ROS生成的最主要場(chǎng)所[9]。葉綠體活性氧(chloroplast ROS, cROS)的生成依賴于在類囊體膜上進(jìn)行的光合電子傳遞。在類囊體膜上進(jìn)行的光反應(yīng)除了將植物吸收的光能轉(zhuǎn)化為能量ATP和NADPH,并將水分解生成氧分子(O2)和質(zhì)子(H+)之外,還會(huì)生成諸如超氧陰離子(O2-)和過氧化氫(H2O2)等活性氧物質(zhì)[10]。其中,光系統(tǒng)Ⅱ、細(xì)胞色素b6/f復(fù)合物、光系統(tǒng)Ⅰ是生成cROS的主要場(chǎng)所[10-11]。據(jù)報(bào)道,植物病毒的侵染能夠誘導(dǎo)cROS的迸發(fā)[12-14],病毒誘導(dǎo)生成的cROS除了可以誘發(fā)過敏性壞死反應(yīng)(hypersensitive reaction, HR)限制病毒的侵染之外,還可以作為重要的信號(hào)分子將免疫信號(hào)逆向傳遞至細(xì)胞核,激活更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)[15-16]。

Rosa Lozano-Duran團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在番茄黃化曲葉病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)、甜菜曲頂病毒(beet curly top virus, BCTV)及茼麻花葉病毒(abutilon mosaic virus, AbMV)侵染的細(xì)胞中,會(huì)發(fā)生葉綠體向細(xì)胞核周圍聚集的現(xiàn)象[17]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),ROS是核周圍葉綠體聚集的誘導(dǎo)劑,暗示著cROS可以作為信號(hào)分子促進(jìn)葉綠體和細(xì)胞核間的交流,從而抵抗病毒的入侵[17]。此外,Caplan等發(fā)現(xiàn)在煙草中,具有核苷酸結(jié)合位點(diǎn)且富含亮氨酸重復(fù)序列的免疫受體(nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors, NLRs)N能夠識(shí)別煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus, TMV)復(fù)制酶p50的解旋酶結(jié)構(gòu)域,誘導(dǎo)HR反應(yīng)和植物對(duì)TMV的抗性[18]。葉綠體蛋白NRIP1(Nreceptor-interacting protein 1)與N免疫受體和p50間均存在直接的相互作用,并且N識(shí)別p50所介導(dǎo)的抗性需要NRIP1的參與[18]。在同時(shí)表達(dá)N和p50或者TMV感染的煙草細(xì)胞中,會(huì)出現(xiàn)NRIP1從葉綠體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核的現(xiàn)象,并且還可以觀察到葉綠體基質(zhì)向外凸起形成基質(zhì)小管(stroma-filled tubule, stromule)結(jié)構(gòu)[18]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)p50誘導(dǎo)的葉綠體stromule可以直達(dá)細(xì)胞核,并且可以觀察到NRIP1通過stromule從葉綠體向細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)的現(xiàn)象[16]。值得注意的是,對(duì)細(xì)胞內(nèi)H2O2水平進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察的結(jié)果顯示,在葉綠體中生成的cROS可以通過stromule轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核,而細(xì)胞核中的ROS積累可以激活下游更為強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)[16]。這些研究結(jié)果表明,cROS是葉綠體生成的重要免疫信號(hào)分子,并且可以通過stromule從葉綠體向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn),激發(fā)植物對(duì)病毒的抗性。

1.2 葉綠體合成的相關(guān)激素介導(dǎo)對(duì)植物病毒的抗性

植物激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育,響應(yīng)生物及非生物脅迫過程中都起著關(guān)鍵作用,同時(shí)也參與了植株對(duì)植物病毒的防衛(wèi)反應(yīng)[19-21]。其中,水楊酸(SA)和茉莉酸(JA)作為重要的抗病激素,兩者的生物合成與葉綠體密切相關(guān)[22-23]。

在葉綠體中,SA的合成主要通過異分支酸合酶途徑進(jìn)行,SA的前體分支酸(chorismic acid, CA)在異分支酸合酶1(isochorismate synthase 1, ICS1)的催化下生成異分支酸(isochorismate, ISC),ISC再在氨基轉(zhuǎn)移酶PBS3的催化下直接生成SA[24]。葉綠體合成的SA通過EDS5(enhanced disease susceptibility 5)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中,破壞細(xì)胞質(zhì)中以低聚體形式存在的NPR1(nonexpressor of pathogenesis-related genes 1)蛋白的二硫鍵,使其成為單體。NPR1單體則會(huì)進(jìn)入細(xì)胞核中激活病程相關(guān)(pathogenesis related, PR)蛋白的表達(dá)[25]。SA不僅可以誘導(dǎo)局部過敏性壞死反應(yīng),且與系統(tǒng)獲得性抗性(systemic acquired resistance, SAR)密切相關(guān)[26]。Campos等證實(shí)SA處理后的番茄表現(xiàn)出對(duì)番茄花葉病毒(tomato mosaic virus, ToMV)更強(qiáng)的抗性,在接種病毒后發(fā)病時(shí)間延遲且病毒積累量顯著降低[27]。2014年,萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)克隆了第一個(gè)水稻條紋病毒(rice stripe virus, RSV)的抗性基因STV11[28]。STV11編碼一個(gè)磺基轉(zhuǎn)移酶,能夠?qū)A催化為磺化SA,磺化SA可以顯著增強(qiáng)水稻對(duì)RSV的抗性[28]。研究表明SA還通過干擾病毒的細(xì)胞間移動(dòng)、長(zhǎng)距離運(yùn)輸和復(fù)制等過程以實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的防御[19-20, 29]。例如,Tian等發(fā)現(xiàn)番茄叢矮病毒(tomato bushy stunt virus, TBSV)的復(fù)制依賴于與三磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)的相互作用,而SA可以通過競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合GAPDH來抑制TBSV的復(fù)制[30]。

JA是一種脂質(zhì)衍生的激素,它的生物合成主要通過十八烷途徑進(jìn)行,該過程大部分階段發(fā)生在葉綠體中,合成的最后階段需要在過氧化物酶體中進(jìn)行,而修飾JA的酶則在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)[31]。JA合成途徑的底物是α-亞麻酸(α-linolenic acid,α-LeA),α-LeA在脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)的催化下生成13-氫過氧亞麻酸(13-hydroperoxy derivative 13(S)-hydroperoxy-octadecatrienoic acid, 13-HPOT),13-HPOT在丙二烯氧化物合酶(allene oxide synthase, AOS)和丙二烯氧化物環(huán)化酶(allene oxide cyclase, AOC)兩步催化下生成12-氧-植物二烯酸(12-oxo-phytodienoic acid, OPDA)。OPDA在過氧化物酶體中經(jīng)過進(jìn)一步還原和三步β氧化反應(yīng)即可形成JA[32]。

研究發(fā)現(xiàn)外源施加JA可以誘導(dǎo)植物對(duì)包括番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus, TSWV)、TMV以及RSV在內(nèi)的多種植物病毒的抗性[33-35]。此外,RSV編碼的外殼蛋白(coat protein, CP)能夠誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)JA的顯著積累,從而上調(diào)表達(dá)JA通路上的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子MYB(MYB transcription factor gene),并誘導(dǎo)RNA沉默通路上核心蛋白Argonaute 18(AGO18)的表達(dá)[36-37]。AGO18一方面能夠促進(jìn)AGO1與病毒的干擾RNA(siRNA)結(jié)合,另一方面還能與AGO1競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miR528,調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的氧化還原穩(wěn)態(tài),促進(jìn)ROS的積累來增強(qiáng)水稻對(duì)RSV的抗性[36-37]。

1.3 鈣離子信號(hào)通路促進(jìn)葉綠體免疫

葉綠體是植物細(xì)胞內(nèi)鈣離子儲(chǔ)存的重要場(chǎng)所。鈣離子除了參與植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程之外,在植物響應(yīng)多種生物和非生物脅迫過程中也發(fā)揮著重要的作用。病原物的侵染往往會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的鈣離子水平發(fā)生變化,這種變化導(dǎo)致的鈣離子流動(dòng)反應(yīng)可以作為防御信號(hào)激活寄主體內(nèi)的免疫反應(yīng)。用銅綠假單胞菌Pseudomonasaeruginosa鞭毛蛋白N末端的22 aa短肽(flg22)、幾丁質(zhì)(chitin)、隱地蛋白(cryptogein)和寡半乳糖醛酸(oligogalacturonic acid)誘發(fā)植物產(chǎn)生PTI反應(yīng)后,可以在葉綠體基質(zhì)中檢測(cè)到輕微但持久的鈣離子濃度升高[38]。Nomura等發(fā)現(xiàn)PTI引起的鈣離子信號(hào)的迸發(fā)會(huì)被定位于葉綠體的鈣敏感受體(calcium sensing receptor, CAS)感知。CAS是一種低親和力、豐度較高的鈣離子結(jié)合蛋白,位于類囊體膜上,是葉綠體免疫反應(yīng)的關(guān)鍵蛋白,其在結(jié)合鈣離子后被磷酸化并調(diào)控葉綠體基質(zhì)中的鈣離子濃度迅速增加。葉綠體中的鈣離子信號(hào)能夠激活SA的合成及細(xì)胞核內(nèi)抗病相關(guān)基因的表達(dá),從而抵抗各種病原物的侵染[38]。Medina-Puche等發(fā)現(xiàn)植物中鈣依賴蛋白激酶16(calcium-dependent protein kinase 16, CPK16)的N端同時(shí)具有豆蔻酰化位點(diǎn)和葉綠體轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)肽(chloroplast transit-peptide, cTP),其在PTI反應(yīng)被激活的情況下,會(huì)發(fā)生從質(zhì)膜向葉綠體的重新定位。CPK16在葉綠體中的積累能夠增強(qiáng)鈣離子信號(hào)傳遞、PR蛋白表達(dá)等一系列PTI反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在擬南芥中過表達(dá)葉綠體定位的CPK16能夠顯著促進(jìn)擬南芥對(duì)TYLCV的抗性[39]。這項(xiàng)研究表明葉綠體介導(dǎo)的鈣離子信號(hào)可以直接參與植物的抗病毒反應(yīng)。

1.4 光合作用相關(guān)蛋白參與對(duì)病毒的抗性

研究表明光合作用中的許多組分在抵抗病毒侵染方面有著關(guān)鍵的作用。例如,對(duì)核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶小亞基(rubulose-1,5-bisphosphate carboxylase small subunit, RbcS)下調(diào)表達(dá)的煙草接種番茄花葉病毒(ToMV)和TMV后,感病癥狀加重,病毒積累量增加,并且病程相關(guān)基因PR1的表達(dá)受到了顯著的抑制[40]。此外,在RbcS被沉默的植株中抗性基因Tm-22介導(dǎo)的煙草和番茄對(duì)ToMV及TMV的抗性出現(xiàn)了顯著的減弱,表明RbcS在Tm-22介導(dǎo)的抗病毒過程中起到關(guān)鍵作用[40]。研究表明放氧復(fù)合體外周蛋白的兩個(gè)亞基PsbO和PsbP均參與了寄主抵抗病毒侵染的過程[41-42]。Abbink等發(fā)現(xiàn)利用TRV-VIGS沉默PsbO可以顯著促進(jìn)TMV、苜?；ㄈ~病毒(alfalfa mosaic virus, AMV)及馬鈴薯X病毒(potato virus X, PVX)對(duì)煙草的侵染[41],而Balasubramaniam等證實(shí)過表達(dá)PsbP能夠顯著抑制AMV的復(fù)制[42]。馬鈴薯Y病毒屬病毒復(fù)制的過程中需要形成包涵體(cylindrical inclusion, CI)。光系統(tǒng)Ⅰ中的PSⅠ-K蛋白能夠與李痘病毒(plum pox virus, PPV)形成的CI互作。PSⅠ-K由psaK基因編碼,本氏煙中的psaK下調(diào)表達(dá)能夠促進(jìn)PPV的復(fù)制,表明PSⅠ-K具有顯著的抗病毒功能[43]。

2 植物病毒抑制葉綠體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)

2.1 病毒下調(diào)葉綠體免疫相關(guān)因子的表達(dá)

植物病毒的侵染通常會(huì)伴隨著褪綠、花葉等癥狀,暗示著病毒的侵染會(huì)導(dǎo)致光合作用相關(guān)蛋白(chloroplast photosynthesis-related proteins, CPRPs)出現(xiàn)不同程度的下調(diào)表達(dá),而研究表明,大量CPRPs與葉綠體免疫密切相關(guān)。例如TMV的侵染導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ核心復(fù)合體中PsbA、LhcB1、LhcB2及放氧復(fù)合體PsbO顯著下調(diào)表達(dá),抑制光系統(tǒng)的活性,從而促進(jìn)病毒癥狀的形成[44]。此外,CMV和ToMV侵染也會(huì)下調(diào)煙草葉綠體中免疫相關(guān)因子的表達(dá),如光系統(tǒng)Ⅱ中的PsbO、PsbP、PsbQ及光系統(tǒng)Ⅰ中psaK、psaH等基因的表達(dá)[45-46]。RSV侵染亦會(huì)導(dǎo)致水稻和本氏煙中CPRPs的表達(dá)水平顯著降低,從而抑制寄主的光合效率[47]。葉綠體中光合電子傳遞鏈的鐵氧還原蛋白Ⅰ(ferredoxin 1, Fd1)被證實(shí)能夠通過調(diào)控胞間連絲胼胝質(zhì)的積累抵御PVX的侵染,而本氏煙被PVX侵染后NbFd1的表達(dá)被顯著抑制[48]。最新的研究表明,Fd1同樣可以負(fù)調(diào)控RSV的侵染,但由RSV RNA1二級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的vsiR45349小干擾RNA能夠靶向并降解Fd1的mRNA,促使Fd1下調(diào)表達(dá),從而促進(jìn)病毒侵染。另一方面RSV侵染誘導(dǎo)植株中脫落酸(abscisic acid, ABA)大量積累,促進(jìn)脫落酸通路上的轉(zhuǎn)錄因子ABI5(ABA insensitive 5)表達(dá),ABI5能夠與Fd1基因啟動(dòng)子上的ABA響應(yīng)元件ABRE結(jié)合以負(fù)調(diào)控其表達(dá),進(jìn)一步促進(jìn)病毒的侵染[49]。

2.2 病毒干擾葉綠體免疫相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)

研究發(fā)現(xiàn)一些植物病毒編碼的蛋白能夠和葉綠體免疫相關(guān)蛋白互作并阻礙其進(jìn)入葉綠體從而抑制葉綠體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。例如,AMV的CP蛋白能夠與放氧復(fù)合體亞基PsbP互作,并阻礙其進(jìn)入葉綠體,而不能形成二聚體的AMV CP突變體喪失了與PsbP互作的能力。鑒于過表達(dá)PsbP顯著增強(qiáng)了寄主對(duì)AMV的抗性,表明AMV CP很有可能通過劫持PsbP的方式抑制其介導(dǎo)的抗病毒反應(yīng)[42]。類似地,過表達(dá)PsbP也能夠增強(qiáng)水稻和本氏煙對(duì)RSV的抗性,而RSV編碼的病害特異蛋白(disease specific protein, SP)可以通過和PsbP互作的方式限制其向葉綠體轉(zhuǎn)運(yùn),從而導(dǎo)致寄主葉綠體的結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂及光合作用受到抑制,促進(jìn)RSV的侵染[50]。此外,大豆花葉病毒(soybean mosaic virus, SMV)編碼的P1蛋白和甘蔗花葉病毒(sugarcane mosaic virus, SCMV)編碼的HC-Pro蛋白能夠分別和細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體還原型鐵硫蛋白(cytochrome b6/f complex Rieske Fe/S)及鐵氧還蛋白5(ferredoxin 5, Fd5)互作。Rieske Fe/S蛋白和Fd5蛋白都是核編碼的葉綠體蛋白,且均與光合電子傳遞相關(guān),而SMV P1與Rieske Fe/S間以及SCMV與Fd5間的互作均會(huì)抑制后者向葉綠體中轉(zhuǎn)運(yùn),從而抑制光合電子傳遞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),促進(jìn)病毒癥狀的發(fā)生[51-52]。

2.3 病毒抑制葉綠體向核聚集

葉綠體向細(xì)胞核周圍聚集的現(xiàn)象是植物響應(yīng)生物脅迫的重要免疫應(yīng)答[17]。研究發(fā)現(xiàn)葉綠體NADH脫氫酶復(fù)合體M亞基(NADH dehydrogenase-like complex M subunit, NdhM)可以誘導(dǎo)葉綠體在核周圍的聚集并顯著促進(jìn)PR蛋白的表達(dá)以增強(qiáng)對(duì)蕪菁花葉病毒(turnip mosaic virus, TuMV)的抗性,而TuMV編碼的VPg蛋白能夠和NdhM在細(xì)胞核和核仁中發(fā)生相互作用,阻礙NdhM進(jìn)入葉綠體,抑制NdhM所介導(dǎo)的核周葉綠體聚集[53]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)本氏煙的NdhM除了能夠和TuMV編碼的VPg蛋白互作之外,還可以和PPV編碼的VPg蛋白及RSV編碼的P2蛋白發(fā)生互作。此外,TuMV編碼的VPg蛋白還可以和擬南芥及番茄的NdhM互作。這表明NdhM可能是病毒抑制葉綠體免疫的一個(gè)普遍靶標(biāo)[53]。類似地,辣椒葉綠體外膜蛋白OMP24也被發(fā)現(xiàn)能夠誘導(dǎo)葉綠體向細(xì)胞核聚集、stromule的形成及cROS的積累,從而促進(jìn)葉綠體向細(xì)胞核逆行信號(hào)的傳遞。過表達(dá)OMP24能夠增強(qiáng)辣椒對(duì)辣椒輕斑駁病毒(pepper mild mottle virus, PMMoV)的抗性,并且OMP24介導(dǎo)的抗病毒能力依賴于其在葉綠體外膜的定位和其自身的相互作用[54]。然而,PMMoV編碼的CP蛋白能夠通過與OMP24直接互作的方式干擾OMP24自身互作,從而抑制其介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[54]。

2.4 病毒干擾免疫相關(guān)分子的合成

Reinero等在1986年報(bào)道了TMV的外殼蛋白能夠進(jìn)入煙草的葉綠體,這是關(guān)于病毒蛋白靶向葉綠體的首次報(bào)道[55-56]。近年來,一些研究發(fā)現(xiàn)植物病毒蛋白可以通過直接進(jìn)入葉綠體的方式干擾免疫相關(guān)分子的合成以增強(qiáng)自身的毒性。例如,RSV編碼的NSvc4蛋白能夠在其N端1-20位氨基酸的引導(dǎo)下直接進(jìn)入本氏煙的葉綠體,定位葉綠體的NSvc4蛋白的表達(dá)能夠顯著抑制cROS的合成和PR基因的表達(dá)[57]。進(jìn)一步研究表明,NSvc4和葉綠體中的NbGAPDH-A及NbPsbQ互作,利用TRV-VIGS下調(diào)表達(dá)NbGAPDH-A和NbPsbQ能顯著促進(jìn)RSV對(duì)本氏煙的侵染,暗示著這兩個(gè)基因很有可能參與了寄主對(duì)RSV的抗性[57]。

Rosa Lozano-Duran團(tuán)隊(duì)報(bào)道了CPK16蛋白從質(zhì)膜向葉綠體的轉(zhuǎn)運(yùn)能夠增強(qiáng)寄主對(duì)包括病毒在內(nèi)的多種病原物的抗性,TYLCV編碼的C4蛋白與CPK16類似,其N端同樣具有豆蔻酰化位點(diǎn)和cTP,在病毒侵染時(shí)會(huì)發(fā)生從質(zhì)膜向葉綠體轉(zhuǎn)運(yùn)的現(xiàn)象,定位于葉綠體的TYLCV的C4蛋白通過和CAS互作干擾鈣離子信號(hào)的傳遞進(jìn)而抑制SA的合成[39]。有意思的是,一些其他雙生病毒編碼的蛋白和細(xì)菌的效應(yīng)子也具有質(zhì)膜和葉綠體的雙重定位信號(hào)。例如,BCTV編碼的C4蛋白和青枯雷爾氏菌Ralstoniasolanacearum分泌的GALA1效應(yīng)蛋白在寄主免疫反應(yīng)被激活的情況下,均會(huì)從質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體中,并能夠抑制胼胝質(zhì)的積累、PR基因和SA通路上關(guān)鍵基因的表達(dá)[39]。這項(xiàng)研究不僅揭示了植物中存在一條連接質(zhì)膜和葉綠體的重要免疫信號(hào)途徑,還暗示了不同類別的病原物進(jìn)化出了相似的策略來對(duì)抗該途徑以削弱植物免疫反應(yīng),從而促進(jìn)自身侵染。

此外,Ji等發(fā)現(xiàn)由核基因編碼的JA合成通路上的關(guān)鍵蛋白AOC在細(xì)胞質(zhì)中被翻譯之后,需要在葉綠體信號(hào)識(shí)別顆粒54(chloroplast signal recognition particle 54, cpSRP54)的幫助下轉(zhuǎn)運(yùn)至類囊體中相應(yīng)的位點(diǎn)發(fā)揮其功能。而TuMV編碼的P1蛋白可以和cpSRP54發(fā)生互作并將其降解,從而干擾JA的合成,促進(jìn)病毒的侵染[58]。PVX編碼的p25蛋白以及辣椒輕斑駁病毒(PMMoV)編碼的126 kD蛋白也可以和cpSRP54互作并將其降解,暗示cpSRP54很有可能是多種病毒用以抑制JA信號(hào)通路的普遍靶標(biāo)[58]。

3 展望

近年來,大量新的研究證實(shí)葉綠體在植物與病毒的軍備競(jìng)賽中扮演著至關(guān)重要的角色。葉綠體一方面作為細(xì)胞內(nèi)免疫信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的核心樞紐增強(qiáng)植物的抗病毒能力,另一方面也成為病毒攻擊的關(guān)鍵靶點(diǎn)。葉綠體免疫是一個(gè)新興研究領(lǐng)域,今后關(guān)于植物病毒與葉綠體免疫相互作用的研究應(yīng)聚焦于進(jìn)一步挖掘具有抗病毒功能的寄主葉綠體因子、解析葉綠體逆行信號(hào)在植物抗病毒反應(yīng)中的關(guān)鍵作用以及病毒如何與葉綠體互作來抑制寄主的抗性。此外,還有一些基礎(chǔ)的問題亟待解決,例如:植物病毒侵染誘導(dǎo)的cROS是如何產(chǎn)生的?cROS在免疫反應(yīng)過程中的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化如何?葉綠體在細(xì)胞核周圍聚集的意義?葉綠體與其他細(xì)胞器間存在怎樣的逆行信號(hào)?是否存在抑制病毒蛋白靶向葉綠體的寄主因子,從而減弱病毒的致病性?但目前的研究手段尚不能解決上述的問題,例如對(duì)免疫信號(hào)的時(shí)空動(dòng)態(tài)觀察,這就需要發(fā)展新的方法和工具。此外,目前常規(guī)的病毒蛋白與葉綠體互作研究的技術(shù)路線多是采用酵母雙雜交文庫(kù)篩選和質(zhì)譜分析等方法,通過這類方法篩選得到的寄主因子還需進(jìn)行葉綠體定位分析方能確定其是否為葉綠體相關(guān)的寄主因子。今后的研究可以考慮構(gòu)建葉綠體相關(guān)基因的cDNA文庫(kù)或是提取葉綠體蛋白直接進(jìn)行質(zhì)譜分析,從而提高篩選的效率和準(zhǔn)確性。此外,新的蛋白質(zhì)互作研究方法也值得應(yīng)用,例如基于TurboID的鄰近標(biāo)記技術(shù),該技術(shù)能夠檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)瞬時(shí)發(fā)生或微弱的蛋白質(zhì)互作[59]。相信隨著新的研究工具的研發(fā),上述問題都能找到答案,這不僅有助于對(duì)葉綠體生物學(xué)的基本理解,而且將對(duì)開發(fā)具有廣譜抗性的新作物具有重要意義。