Molecular Plant | VOZ控制β-氨基丁酸诱导的胼胝质防御

近日，Molecular Plant发表了题目为“The IBI1 receptor of β-aminobutyric acid interacts with VOZ transcription factors to regulate abscisic acid signalling and callose-associated defence”的研究论文。

天冬氨酰tRNA合成酶IBI1对植物胁迫代谢物β-氨基丁酸(BABA)的感知触发了由植物激素脱落酸(ABA)控制的胼胝质相关的细胞壁防御机制。本论文研究了控制IBI1依赖的BABA诱导霜霉菌抗性的早期信号事件，并确定ABA诱导的VOZ转录因子为BABA激发胼胝质防御的下游调节因子。证据表明，在霜霉菌感染后，VOZ和IBI1之间的相互作用将致病相关的ABA信号导向胼胝质防御，但同时抑制非生物应激反应基因的表达。

图1. 野生型拟南芥（Col-0）和BABA受体突变体ibi1-1的转录组分析。三周的植物用水或BABA(10mg/L)进行处理，并在2天后用Hpa的分生孢子进行接种。在2dpi收集样品，用于RNA提取和分析胼胝质沉积。用于分析Hpa定殖的样品在5dpi收集。(A) 量化胼胝质沉积在表皮细胞层捕捉Hpa定殖的有效性。（B）BABA诱导的对Hpa的抗性（BABA-IR）。（C）相对基因表达的主成分分析（PCA）。(D) 在4种不同的处理条件下Col-0和ibi1-1之间的差异表达基因(DEGs)的数量 。

图2. 与BABA增强的Hpa抗性相关的IBI1依赖性基因的分析揭示了对ABA依赖性信号传导的抑制作用。(A) 四种不同实验条件下Col-0和ibi1-1之间DEGs的维恩图。(B) 根据仅对BABA+mock处理作出反应的136个DEGs，对所有样品进行层次化聚类。(C) 分层聚类和143个DEGs的表达水平，这些DEGs响应于BABA+Hpa处理，而不是BABA+mock处理。据此，这143个DEGs与BABA增强的对Hpa抗性表达相关，但与BABA诱导的应激无关。（D）ABA添加抑制BABA-IR对Hpa的作用。用5mg/L的BABA或水处理两周龄的Col-0和ibi1-1植物。在BABA处理24小时后，用ABA(10 µM+0.01% silwet)或mock溶液(0.5% EtOH+0.01% silwet)喷洒植物。在BABA处理后48小时，用Hpa处理植物。

图3. VOZ蛋白在植物中与IBI1相互作用是BABA-IR所必需的。（A）通过双分子荧光互补（BiFC）分析测试了IBI1和VOZ2之间的相互作用。（B）voz1-2/voz2-2双突变体（voz1/2-2）在BABA-IR中对Hpa的抗性受到了部分损害。

图4. VOZ1和VOZ2在BABA-IR中的信号传导作用。（A）voz1/2-2突变体在BABA诱导的水杨酸-诱导PR1表达的启动中受到部分损害。（B）在voz1/2-2突变体背景中NahG基因的渗入进一步降低了BABA-IR反应，表明SA依赖性的Hpa抗性VOZ1/2在BABA-IR中不发挥主要作用。（C）voz1/2-2突变体在BABA诱导的与胼胝质相关的细胞壁防御的触发中受损。

图5. VOZ2主要位于细胞质中，但Hpa抗性的BABA-1R需要进行细胞核定位。（A）表皮叶细胞的表面荧光显微镜显示，在所有四个实验条件下，GFP-VOZ2主要位于细胞质中，而不是细胞核中。（B）抵御Hpa的BABA-IR需要VOZ2的细胞核定位。

图6.脱落酸可在转录水平诱导VOZ1和VOZ2，但在BABA-1R期间抑制Hpa诱导的ABA信号传导。（A）VOZ1和VOZ2基因是通过脱落酸（ABA）的芽施用而转录诱导的。（B）VOZ1/2抑制ABA诱导的标记非生物胁迫反应的基因。（C）VOZ1/2抑制BABA-IR对Hpa的ABA依赖性非生物应激反应。

图7. BABA对植物免疫的VOZ依赖性启动模型。BABA与其ER定位的受体IBI1结合，可使该蛋白在病原体诱导下转移到细胞质中。Hpa刺激细胞中的ABA信号传导，从而抑制模式触发的免疫力，但也会增加VOZ基因的表达。早期作用的PTI基因和ABA响应的非生物耐受基因（ABA基因）的组合诱导导致中等水平的ER应激，这足以将IBI1从ER释放到BABA引发的细胞的细胞质中。细胞质IBI1随后与增加的VOZ转录因子相互作用。通过未知的机制，这种相互作用刺激了VOZ向核的转运，在其中抑制了ABA基因的表达，同时（直接或间接地）增加了PTI基因的表达。在BABA引发的细胞中被抑制的ABA信号传导增强了PTI信号传导和对Hpa的抗性。在未启动的细胞中，IBI1对Hpa诱导的细胞质易位反应的响应较小，这延迟了IBI1/VOZ1/2依赖性信号传导级联反应。因此，没有VOZ1/2依赖性的ABA信号转导抑制，导致基础抵抗力太弱而无法预防感染。该模型未显示BABA诱导的应激反应的影响，该反应可能在Hpa感染期间对更敏感的ibi1-1突变体中与应激相关的ABA信号传导具有协同作用。

虽然本研究发现了植物获得性免疫中一个新的调控模块，但ABA在BABA-IR对抗Hpa以外的胁迫中的作用仍未解决。例如，IBI1和VOZ1/2对非生物胁迫基因的抑制活性(图2C，6B和6C)似乎难以与先前BABA诱导对干旱和盐胁迫的耐受性的结果相协调。这可以部分解释为控制BABA-IR的信号通路高度依赖于高度胁迫的事实。例如，虽然BABA在盐胁迫后诱导ABA依赖性的RAB18基因增强，但这种诱导作用在接种A. brassicicola或P. cucumerina后不明显。因此，ABA在BABA-IR中的作用因胁迫而不同，并且可能是其他IBI1相互作用的蛋白控制了BABA激发的植物的这些胁迫特异性增强防御响应。未来需要研究BABA如何操纵环境信号通路之间的交叉对话。面对全球气候变化，更好地理解生物性和非生物性胁迫信号之间的相互作用对于培育能够同时应对干旱、高温、病虫害的作物至关重要。

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