矛与盾之争----病原菌通过抑制组蛋白乙酰化而调控宿主先天免疫反应

景杰编者按：

植物的先天免疫系统可以识别病原菌并启动抗病基因的表达，但是在进化过程中，病原菌会演化出新的机制来逃避寄主免疫系统的监控。病原菌侵染常常会导致作物绝收，会造成非常大的经济损失。以大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)为例，该病原菌可以侵染大豆的根茎而导致大豆绝产，每年导致的经济损失高达10亿美元。最近，中国科学家在Current Biology上发表关于大豆疫霉菌致病的分子机理的研究成果。这项工作由南京农业大学王源超和董莎萌课题组合作完成，他们发现大豆疫霉菌入侵大豆后，释放的效应子PsAvh23和乙酰化酶复合体SAGA的ADA2亚基结合后，通过干扰GCN5催化亚基乙酰化组蛋白H3K9而抑制抗病基因的表达，最终导致大豆被该菌感染。该研究揭示病原菌通过影响植物组蛋白乙酰化修饰而逃避植物先天免疫系统的防御，为抗病植物的开发提供新的思路。景杰生物开发的赖氨酸乙酰化泛抗体为本研究修饰水平检测的顺利实施提供了重要保障。景杰生物作为全球蛋白质及蛋白质修饰领域的领跑者，可以为您提供从组学筛选到抗体定制的全套解决方案，为您的科研助一臂之力。

大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)是大豆最致命的病原菌，它通过侵染根和茎而导致大豆绝产，每年导致的经济损失高达10亿美元。P. sojae 会分泌约400余种效应因子，这些效应因子可以干扰大豆的先天免疫系统，逃避植物免疫系统的监视，进而导致植物感病。PsAvh23是P. sojae侵染大豆后高表达的effector。作者首先利用CRISPR/Cas9技术构建knockout的突变体菌株，结果发现突变体菌株的侵染能力显著降低（图 1），同时转入PsAvh23的转基因大豆对P. sojae更加敏感 （图 2），这些遗传证据暗示PsAvh23和病原菌毒力相关。随后作者分析PsAvh23蛋白在大豆细胞中的亚细胞定位，结果表明该蛋白在细胞核和胞质中都有分布，但是如果将其融合细胞核输出信号肽（NES）后，病原菌毒力显著降低 （图 3），该结果暗示PsAvh23的细胞核定位和其毒力相关。

P. sojae PsAvh23突变体 (T51, T94)毒力降低。

转入PsAvh23的转基因大豆对P. sojae的侵染更敏感。

PsAvh23的毒力依赖于其细胞核定位。

既然PsAvh23是P. sojae中毒力因子，那么它是如何抑制植物抗病基因的表达而导致植物感病？作者通过酵母双杂交技术筛选大豆中和PsAvh23相互作用的蛋白质。结果筛选到nucleosome-acetylating complex SAGA复合体的ADA2亚基。随后利用pull-down和coIP等生化实验证实了PsAvh23-ADA2的结合。同时还发现PsAvh23蛋白C末端中的两个internal repeats参与和ADA2蛋白的结合。将其点突变后失去这种结合能力，而相应的突变体菌株也失去其毒力 （图 4）。

PsAvh23蛋白C末端的ADA2-binding site对维持该菌的毒力非常重要。

ADA蛋白是植物乙酰化SAGA复合体中调节亚基，而GCN5是催化亚基。那么PsAvh23和ADA的结合是否会影响ADA-GCN5复合体的形成，进而影响其乙酰化活性？作者做了体外的pull down实验证明PsAvh23的存在的确会干扰ADA-GCN5复合体的形成。因此接下来作者构建GmADA-RNAi和GmGCN5-RNAi的转基因大豆，发现其对P. sojae的敏感性增加 （图 5）。因此上述遗传证据表明PsAvh23的毒力和影响ADA-GCN5结合相关。接下来在体外生化实验中，作者发现PsAvh23抑制组蛋白H3K9乙酰化呈剂量依赖效应，随后的遗传实验表明，大豆被P. sojae感染后，其组蛋白H3K9乙酰化水平的确降低 （图 6）。

GmADA2和GmGCN5转基因沉默的大豆对P. sojae表现为超敏感。

转入PsAvh23的转基因大豆中，组蛋白H3K9乙酰化水平降低。

最后作者分析PsAvh23侵染大豆前后，植物中基因表达的差异。RNA sequencing结果表明有141个可能参与植物抗病基因的表达量下调，如HSP，WRKY转录因子，NAC转录因子，MAP kinase等。作者利用qRT-PCR验证了这些基因在大豆感病后表达量降低。之后的ChIP-qPCR实验证实，这些基因表达量降低和其启动子区域组蛋白H3K9ac水平降低相关 （图 7）。因此上述实验表明PsAvh23是通过干扰植物ADA-GCN5复合体，抑制启动子区域组蛋白H3K9乙酰化，进而降低抗病基因的表达而逃脱植物先天免疫系统的监视，最终导致植物感病。

A，P. sojae侵染后，大豆中防御相关基因表达量降低；

B，P. sojae侵染后，大豆中防御相关表达量降低的基因，其启动子区域H3K9乙酰化水平降低。

该研究阐明了病原菌在表观修饰水平上调控寄主免疫反应的一种新机制，也为抗病作物的分子育种提供新思路。