PNAS | 西班牙植物生物技术和基因组中心揭示拟南芥细胞壁组成决定抗病特异性和适应性！

Original 知今 Ad植物微生物 2022-11-03

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植物处于持续的病原体威胁之下，可能会危害其生存和繁殖。为了应对这些威胁，植物已经进化出了许多抗性机制，这些机制在病原体侵袭后组成性表达或诱导。对所有植物细胞的一种常见抗性机制是存在细胞壁，该细胞壁可保护植物免受病原体入侵。细胞壁首先充当被动屏障，病原体必须通过分泌细胞壁降解酶来促进感染进程进行水解（Trends in Plant Science | 裂解性多糖单加氧酶（LPMO）是否有助于病原菌攻击植物？），但还可以充当抗菌化合物的库。植物细胞壁还是在壁降解期间释放的碳水化合物部分的来源，并且可以充当与损伤相关的分子模式（DAMP），一旦被植物模式识别受体（PRR）感知，则触发植物免疫应答（Cell | 瑞士洛桑大学研究揭示植物根部免疫系统如何区别对待病原微生物和有益微生物！PNAS | 染色质磷酸化蛋白质组学揭示PAMP触发免疫中核定位蛋白AHL13的功能！New Phytologist | 德州农工大学揭示镰刀菌细胞壁提取物触发植物免疫反应的机制！）。植物壁是复杂而动态的结构，其主要壁由碳水化合物基聚合物，由纤维素、果胶多糖、半纤维素和次要多糖以及结构糖蛋白组成。另外，为了增强其结构，一些植物细胞沉积了次生壁，该次生壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。细胞壁的生物合成、运输、沉积、重塑和更新以及这些过程的调节，涉及约10％的植物基因组编码基因。所以，植物细胞壁是复杂的结构，可根据发育和环境线索进行动态重塑，并在抗病性响应中起重要作用。

近日，国际权威学术期刊PNAS发表了西班牙植物生物技术和基因组中心（Center for Plant Biotechnology and Genomics, CBPG）Antonio Molina教授课题组的最新相关研究成果，题为Arabidopsis cell wall composition determines disease resistance specificity and fitness的研究论文。研究人员已经分析了拟南芥细胞壁对具有不同寄生风格的病原体抗病性的贡献。在这篇文章中，研究人员证明植物细胞壁是免疫应答的决定因素，因为在一组拟南芥细胞壁突变体中其组成的修饰对其抗病性和适应性表型有影响。在这些基因型中，研究人员通过数学分析确定了特定壁碳水化合物表位的数量与疾病抗性/适应性表型之间的特定相关性。这些数据支持了植物细胞壁组成在植物免疫反应中的相关和特定功能，并为在作物育种计划中利用壁性状提供了基础。

研究人员通过测定一组拟南芥细胞壁突变体（cwm）对具有不同寄生类型的病原体（维管束细菌、死体营养型真菌和活体营养型卵菌）的敏感性，来测试植物细胞壁对免疫的特定作用。值得注意的是，与野生型植物相比，大多数测试的cwm突变体（29/34；85.3％）显示出它们对这些病原体中至少一种的抗性响应发生了变化，这说明了壁组成在决定抗病表型方面的相关性。研究人员发现，cwm植物对死体营养型和维管束病原体的抗性增强对cwm适应性状（例如生物量和种子产量）产生负面影响。cwm植物的抗性增强不仅通过规范的免疫途径介导，例如受植物激素或微生物相关分子模式调控的那些免疫途径，在测试的cwm中没有被解除调控。从cwm植物中分离的富含果胶的壁组分在野生型植物中触发了免疫反应，表明壁介导的防御途径可能有助于cwm抵抗。cwm植物的细胞壁显示出组成变化的高度多样性，如检测特定壁碳水化合物基团的糖组图谱所揭示的。糖组图谱数据的数学分析确定了特定壁碳水化合物基团的数量与cwm植物的抗病表型之间的相关性。这些数据支持植物壁组成在植物免疫应答调节中和平衡抗病性/发育权衡中的相关和特定功能。