上海交大何亞文團隊在植物病原黃單胞菌群體感應(yīng)與水楊酸信號互作領(lǐng)域取得重要進展
近日，國際微生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《mBio》在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院何亞文教授團隊的研究文章“植物防御信號水楊酸通過提高植物病原黃單胞菌的胞內(nèi)和胞外pH，激活RpfB降解酶活性，誘導(dǎo)DSF群體感應(yīng)信號翻轉(zhuǎn)(The Plant Defense Signal Salicylic Acid Activates the RpfB-Dependent Quorum Sensing Signal Turnover via Altering the Culture and Cytoplasmic pH in the Phytopathogen Xanthomonas campestris）”。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生宋凱為文章的第一作者，何亞文教授為通訊作者，馬來西亞大學(xué)Chan Kok-Gan教授和上海農(nóng)樂生物制品股份有限公司張紅艷研究員參與了該文章的部分研究工作。
黃單胞菌(Xanthomonas)是一類革蘭氏陰性細菌，能侵染400多種植物，包括許多重要農(nóng)作物和經(jīng)濟作物，造成嚴重的經(jīng)濟損失。在侵染植物過程中，DSF信號依賴的群體感應(yīng)機制調(diào)控黃單胞菌致病因子的表達。何亞文教授團隊長期研究植物病原黃單胞菌群體感應(yīng)分子機制，鑒定了DSF信號分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、信號傳導(dǎo)途徑和調(diào)控的生物學(xué)功能，闡明了DSF生物合成和信號翻轉(zhuǎn)的分子機制。在此基礎(chǔ)上，博士研究生宋凱等首先發(fā)現(xiàn)野油菜黃單胞(Xcc)侵染過程中，寄主植物會在侵染鄰近區(qū)域大量合成水楊酸（Salicylic acid, SA），導(dǎo)致Xcc完全暴露在SA的作用之下，但Xcc又不能利用和降解SA。利用一種專門模擬Xcc在植物體內(nèi)侵染過程中所面臨的營養(yǎng)環(huán)境配制而成的XYS培養(yǎng)基，發(fā)現(xiàn)外源添加50-100 mM?SA到Xcc XYS培養(yǎng)體系或在Xcc中內(nèi)源合成SA都會顯著降低DSF水平，誘導(dǎo)DSF翻轉(zhuǎn)(turnover）。這一現(xiàn)象需要DSF降解酶RpfB的參與，但SA不影響rpfB的轉(zhuǎn)錄和翻譯水平，也不影響DSF合成酶基因rpfF的表達與翻譯。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在XYS培養(yǎng)基中隨著黃單胞菌Xcc的生長，培養(yǎng)體系pH值逐漸降低至酸性環(huán)境（~4.7），外源添加SA或內(nèi)源合成SA顯著提高了Xcc胞內(nèi)和胞外pH值。在沒有SA的條件下，人工提高Xcc XYS培養(yǎng)體系的?p??H值從6到8，也誘導(dǎo)DSF的翻轉(zhuǎn)，且必需有RpfB的參與。另一方面，如果通過緩沖體系固定XYS培養(yǎng)體系的pH為7，即使外源添加SA也不能誘導(dǎo)DSF信號翻轉(zhuǎn)。這些結(jié)果說明SA通過誘導(dǎo)Xcc胞內(nèi)外pH值升高，提高RpfB的酶活性，誘導(dǎo)DSF翻轉(zhuǎn)。為了驗證這一假說，作者表達和純化了RpfB蛋白，建立了體外RpfB降解DSF的酶促反應(yīng)體系，發(fā)現(xiàn)提升體外反應(yīng)體系的pH可以增加RpfB 降解DSF的活性，但在體外反應(yīng)體系中SA并不直接與RpfB互作影響其降解活性。最后，SA處理的Xcc菌株與未處理的菌株在甘藍葉片上的致病性明顯不同，進一步驗證了SA的功能。
SA是重要的植物防御激素，目前研究的熱點是SA在植物中的信號傳導(dǎo)途徑和誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)。本研究充分證明植物產(chǎn)生的SA信號還可以直接作用于入侵的病原菌，干擾其群體感應(yīng)系統(tǒng)和致病性，豐富了我們對黃單胞菌與十字花科植物之間相互作用的理解。
本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和上海農(nóng)樂生物制品股份有限公司的項目資助。
圖1.水楊酸誘導(dǎo)DSF群體感應(yīng)信號翻轉(zhuǎn)的分子機制模式圖.（A）野油菜黃單胞菌（Xcc）侵染甘藍葉片，引起V-型病斑；（B）Xcc侵染誘導(dǎo)甘藍大量產(chǎn)生SA信號分子；（C）SA直接作用于Xcc，誘導(dǎo)DSF信號分子翻轉(zhuǎn)的通路模式圖。
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