水杨酸 (Salicylic acid, SA) 作为经典的植物防御激素, 在植物抵御病原物侵染的防御过程中扮演重要角色, 其分子机制在模式植物拟南芥中研究的较为清楚, 然而, 在其它植物中SA信号通路关键组分是否具有保守性, 以及在植物-微生物共进化过程中不同病原物如何逃逸SA介导的防御反应仍不完全清楚 (Ding and Ding, 2020; Peng et al., 2021)。

近日, 中国农业大学生物学院/农业生物技术国家重点实验室李大伟教授课题组在Plant Physiology发表了题为Barley stripe mosaic virus γb protein targets thioredoxin h-type 1 to dampen salicylic acid-mediated defenses的研究论文。该研究以大麦条纹花叶病毒 (Barley stripe mosaic virus, BSMV) 为模式，揭示了其编码的γb蛋白通过靶向SA信号通路关键组分以削弱寄主防御的新策略。

在该研究中, 作者发现BSMV侵染激活了本生烟中SA防御信号通路, 外源喷施SA显著抑制BSMV的侵染, 证明SA负调控BSMV的侵染。与缺失γb的突变体病毒 (BSMVΔγb) 相比, BSMV侵染能抑制SA信号通路的激活, 表明在植物与病毒长期共进化过程中, BSMV已进化出某种有效手段以抵御SA介导的防御反应 (图1)。

图1 BSMV γb蛋白抑制SA抗病毒信号通路

以γb蛋白为诱饵, 作者通过酵母双杂交文库筛选结合多种蛋白互作手段验证, 证明本生烟硫氧还蛋白h1 (Thioredoxin h-type 1, TRXh1) 能够与γb蛋白直接互作。作者利用TRXh1-RNAi转基因植株, 证明TRXh1直接参与本生烟细胞中SA信号通路激活。遗传实验证明TRXh1负调控BSMV的侵染, 其酶活缺失突变体 (TRXh1SS) 丧失了抗病毒活性, 表明TRXh1介导的抗病毒能力依赖于其酶活性。进一步研究发现, TRXh1能够特异性阻碍BSMV的胞间移动过程, 但不影响BSMV的复制 (图2)。最后, 通过体外生物化学和体内遗传学实验揭示了BSMV利用其编码的γb蛋白直接抑制TRXh1蛋白还原酶活性, 进而削弱SA介导的防御信号转导。此外, 作者还证明TRXh1介导的抗病通路具有广谱性, 其对不同属的病毒如剪秋罗环斑病毒 (Lychnis ringspot virus, Hordeivirus)、甜菜黑色焦枯病毒 (Beet black scorch virus, Betanecrovirus) 和甜菜坏死黄脉病毒 (Beet necrotic yellow vein virus, Benyvirus) 均具有明显抗性。综上所述, 该研究发现了一种植物病毒削弱SA抗病通路的新策略, 扩展了我们对植物防御与病原物反防御博弈的认识。

图2 TRXh1负调控BSMV的胞间移动

中国农业大学生物学院农业生物技术国家重点实验室李大伟教授和实验室毕业生姜志豪博士为论文的共同通讯作者,姜志豪博士、靳雪娇博士 (现工作单位为浙江农林大学) 和杨萌博士为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划和北京高校高精尖学科建设项目的资助。

参考文献：

Ding P, Ding Y (2020) Stories of salicylic acid: A plant defense hormone. Trends in Plant Sci. 25: 549-565

Peng Y, Yang J, Li X, Zhang Y (2021) Salicylic acid: Biosynthesis and signaling. Annu. Rev. Plant Biol. 72: 761-791

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac137