近日,我院黄兴传博士联合四川大学科研团队,在植物科学领域国际知名 期刊《Plants》(中国科学院二区)发表原创性研究论文。该研究首次解析蛋白磷酸酶PP5调控植物免疫受体的全新分子机制,为小麦、蔬菜等经济作物广谱抗病分子育种开辟新路径,提供关键理论支撑与育种靶点。

研究团队优化突变体筛选体系,选用可突破不育限制的mkk1 mkk2 ndr1三重突变材料开展抑制子筛选,成功分离得到summ5突变株。表型试验证实:summ5功能缺失突变可显著缓解mkk1 mkk2、mekk1、mpk4突变体典型的矮小自免疫表型,显著下调抗病标志基因PR1、PR2表达,同时减弱植株对卵菌H.a. Noco2的组成型抗性,证明SUMM5是SUMM2介导免疫通路的关键正向调控基因。通过图位克隆、全基因组重测序、T-DNA突变体验证与基因回补实验,团队确定 SUMM5基因为At2g42810,编码进化保守的蛋白磷酸酶 5(PP5),首次明确植物 PP5 参与调控NLR型免疫受体介导的防御反应。
转录水平检测显示,野生型与pp5突变体中SUMM2基因 mRNA 表达量无显著差异;但蛋白免疫印迹结果表明,pp5突变体内 SUMM2 蛋白积累量大幅下降。该结果证明:PP5在翻译后层面调控SUMM2蛋白稳定性,而非影响基因转录。本研究利用烟草瞬时表达+免疫共沉淀(Co-IP)技术证实,SUMM2 可分别与PP5、分子伴侣 HSP90 在植物体内发生物理互作,三者共同组成伴侣调控复合物,揭示PP5作为HSP90新型共伴侣蛋白参与SUMM2成熟。

本研究填补植物PP5免疫功能研究空白,首次建立“HSP90-PP5-SUMM2”伴侣调控模型,阐明不同NLR受体依靠特异性共伴侣实现差异化稳态调控,完善植物胞内免疫受体分子调控网络;同时区分PP5支架功能与磷酸酶催化功能,为解析PP5家族多功能分化提供全新范式。MAPK通路是细菌、卵菌等多种病原菌攻击的核心靶标,SUMM2 通路是植物监控该通路损伤的核心防线。PP5 作为 SUMM2 稳定必需因子,可作为分子育种靶标:通过适度上调 PP5 表达提升作物 SUMM2 蛋白丰度,增强作物对多种破坏MAPK通路病原菌的持久抗性,为小麦、蔬菜等经济作物广谱抗病种质创制提供新思路。
本论文以我校生命科学学院、特色农业资源研究与利用四川省教育厅高校重点实验室为第一通讯单位,黄兴传博士、四川大学刘亚楠副研究员为共同第一作者,四川大学张跃林教授为通讯作者。研究工作依托我校厅级重点实验室、四川大学生物资源与生态环境教育部重点实验室、不列颠哥伦比亚大学植物系联合完成,充分体现校际协同科研创新优势,也是我校特色农业资源研究平台在作物抗病分子基础研究领域产出的又一项高水平学术成果。
(文/图:黄兴传;初审:李武;复审:陈发军;终审:张楠)