Plant Cell | 英国约翰英纳斯中心研究揭示支链氨基酸转氨酶正向调控小麦锈病的易感性！

植物病原体持续威胁着农业生产力。植物病原体抑制防御反应以逃避识别并促进成功定殖。病原体入侵后，植物会激活一系列基础防御反应，局部触发的抗性反应会迅速扩散到感染部位以外。这种系统性传播导致系统获得性抗性(SAR)或防御启动（近五年7篇CNS！美国杜克大学董欣年院士团队在植物免疫领域取得重大进展！Cell | 专家点评：植物免疫期间如何不“殃及池鱼”？英国约翰英纳斯中心：BABA vs ABA—植物防御启动中的战争!）。SAR激活涉及植物激素水杨酸（SA），其水平与防御相关基因的表达紧密相关。其他与基础防御信号有关的植物激素，例如茉莉（JAs）、乙烯（ET）和脱落酸（ABA），与SA协同或拮抗，具体取决于病原体的生活方式。然而，SAR的长距离信号传递很复杂，可能涉及几个不同的分子，包括氨基酸相关的分子，如来自赖氨酸的哌啶酸，在受到丁香假单胞菌攻击的拟南芥叶片中积累高水平，并且以SA依赖和不依赖的两种方式发挥作用。拟南芥中哌啶酸水平的升高诱导了许多与SAR和基础免疫有关的基因，同时它也被转化为代谢产物N-羟基哌啶酸（NHP），后者是SAR激活的关键调节因子。但是，除了NHP分解代谢途径外，其他氨基酸代谢途径在SAR激活中的确切作用还不清楚。尽管传统上鉴定病原体侵入所必需的基因依赖于筛选突变种群，但是后基因组时代为开发加速鉴定的新方法提供了机会。

近日，国际权威植物学期刊The Plant Cell发表了英国约翰英纳斯中心Diane G O Saunders团队的最新相关研究成果，题为The branched-chain amino acid aminotransferase TaBCAT1 modulates amino acid metabolism and positively regulates wheat rust susceptibility的研究论文。

支链氨基酸转氨酶对于小麦黄锈病和茎锈病的进展至关重要，而小麦黄锈病和茎锈病是世界上经济损失最大的两种小麦病害。在这篇文章中，对68种病原体侵染的面包小麦（Triticum aestivum）品种，包括三个（Oakley、Solstice和Santiago）具有不同程度的易感性，进行RNA-seq分析，发现了一种支链氨基酸转氨酶（称为TaBCAT1）作为小麦锈病易感性的正向调控因子。研究人员表明，TaBCAT1是黄锈病和茎锈病感染所必需的，并且可能在支链氨基酸（BCAA）代谢中发挥作用，因为TaBCAT1缺失突变体具有升高的BCAA水平。TaBCAT1突变体还表现出增加的水杨酸（SA）水平和增强的相关防御基因表达，表明BCAA调节通过TaBCAT1在SA依赖的防御激活中起关键作用。研究人员还鉴定了BCAAs含量与小麦对黄锈病感染的抗性之间的关联。这些发现提供了对小麦中SA介导的防御反应的见解，并突出了BCAA代谢在防御反应中的作用。此外，可以对TaBCAT1进行操纵，以潜在地提供对全球小麦两种最具经济破坏性的病害的抗性。

图1. RNA-seq分析可用于定义受Pst侵染的小麦样品中的小麦品种

图2. 具有不同水平的Pst易感性的小麦品种显示与防御相关过程和氨基酸代谢相关的基因表达存在差异

图3. TaBCAT1的表达在Pst和Blumeriagraminis f.sp.tritici (Bgt)侵染早期升高

图4. TaBCAT1缺失突变体显示对Pst的易感性降低

图5. TaBCAT1在Pst侵染早期的表达是易感性的必要条件

图6. 在没有侵染的情况下破坏TaBCAT1后，致病性相关（PR）基因表达和游离水杨酸（SA）水平增强

图7. TaBCAT1定位于线粒体，可在其中调节与感染过程中Pst易感性相对应的BCAA水平

图8. TaBCAT1缺失突变体中三种与BCAA相关的2-羟基酸的水平没有变化，但是ILA的外源施加严重干扰了Pst侵染

图9. 模型说明了TaBCAT1在防御响应中的作用

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

喜欢就转发、收藏，点“在看”