玉米作为我国主要的粮食作物，常年受南方锈病等病害危害，严重影响玉米的产量和品质。植物通过NLR免疫受体识别病原菌、启动免疫防御，触发超敏防卫反应 (HR，hypersensitive response)；但NLR活性一旦失控则会触发自身过度免疫，引起叶片坏死、植株矮化、大幅减产。如何精准平衡“抗病激活”与“自身免疫损伤”，是作物抗病育种的核心难题。
近日，山东大学生命科学学院王官锋教授团队在Advanced Science发表了题为The BTB/POZ-MATH protein ZmBPM1 interacts with autophagy-related protein ZmATG6 and modulates the NLR protein Rp1-D21-mediated defense response in maize的研究论文。该研究首次揭示了单子叶植物 BTB/POZ-MATH (BPM) 蛋白 ZmBPM1全新免疫调控通路：ZmBPM1协同自噬核心蛋白ZmATG6，通过自噬途径降解自主免疫激活型NLR蛋白Rp1-D21，抑制过度免疫，并负调控玉米对南方锈病的抗性，为玉米抗病育种提供了新靶点和新策略。
BPM 蛋白是CRL3BPME3连接酶的底物衔接子，主要通过26S蛋白酶体途径调控底物蛋白的稳定性。BPM分为核心 (core) 分支和扩展 (expanded) 分支两大类，其中后者主要存在于单子叶植物中。拟南芥中BPM核心分支参与调控植物生长发育、激素与非生物胁迫等过程；单子叶植物所特有的BPM扩展分支的功能有待解析。本研究发现，玉米BPM扩展分支成员ZmBPM1能特异性抑制Rp1-D21及其信号结构域CCD21介导的HR。分子机制研究表明，ZmBPM1主要定位于自噬体样点状结构，并介导Rp1-D21从核质区转运至上述点状结构；ZmBPM1通过26S蛋白酶体和自噬途径降解Rp1-D21，进一步研究发现，ZmBPM1与自噬相关蛋白ZmATG6a/ZmATG6b互作，形成ZmBPM1-ZmATG6-CCD21三元复合体，协同调控Rp1-D21的蛋白稳态及其介导的HR。
田间抗病表型鉴定发现，ZmBPM1负调控玉米对多堆柄锈菌 (Puccinia polysora) 引起的南方锈病的抗性：Zmbpm1敲低突变体抗病性增强，而过表达株系更易感病，且该病原菌可显著增强ZmBPM1介导的自噬活性。综上，本研究解析了单子叶植物所特有的BPM蛋白协同自噬调控NLR免疫的分子通路，并为玉米抗病分子育种提供全新理论依据与基因靶点，对保障我国玉米粮食安全具备重要应用价值。
图1. ZmBPM1-ZmATG6调控NLR蛋白Rp1-D21介导防卫反应的模式图。
山东大学生命科学学院已毕业博士研究生汤长潇和在读博士研究生刘童童为共同第一作者，山东大学王官锋教授为论文通讯作者。华南农业大学李发强教授及其团队也参与了本研究。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及微生物技术改造全国重点实验室校内联合项目基金的资助。
文章链接：
http://doi.org/10.1002/advs.77193
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