PNAS | 哥伦比亚大学揭示细菌Pip系统植物效应因子识别蛋白的结构基础！

许多植物相关的细菌包括几种植物病原菌，都具有LuxR型转录因子，我们将其称为PipR转录调节因子。这些分布广泛但研究不足的调节因子与酰基高丝氨酸内酯（AHL）响应的群体感应调节因子类似，但PipR系列成员不响应AHL，而是响应植物组织中存在的效应化学物质。编码PipR家族成员的基因位于pipA上游，pipA是编码脯氨酸亚肽肽酶（Pip）的基因。PipR通常响应植物组织或植物衍生的化学物质激活pipA和其他基因的表达。在一些物种中，pipR型基因与编码ATP结合盒（ABC）型转运蛋白的操纵子相邻并发散转录。棉白杨（Populus）内生假单胞菌（Pseudomonas sp. GM79）（图1A）就是这种情况，已有研究证明aapBCDEF转运蛋白操纵子是对植物效应子的PipR反应和pipA表达激活所必需的。

近日，顶级学术期刊PNAS发表了美国哥伦比亚大学童亮教授和华盛顿大学Caroline S. Harwood教授以及E. Peter Greenberg教授团队的最新相关研究成果，题为Structural basis for a bacterial Pip system plant effector recognition protein的研究论文。

PipR蛋白在细菌与其植物宿主之间的相互作用中发挥作用，其中一些对植物的细菌毒力很重要。本研究确定了乙醇胺衍生物，N-（2-羟乙基）-2-（2-羟乙基氨基）乙酰胺（HEHEAA），作为植物内生菌假单胞菌GM79中PipR介导的基因调控的有效效应蛋白。HEHEAA依赖的PipR活性需要ATP结合盒式主动转运系统，并且该系统的周质底物结合蛋白（SBP）结合HEHEAA。为了理解PipR系统对植物因子反应的分子基础，科研人员以游离和HEHEAA结合的形式结晶了HEHEAA反应性SBP。SBP与肽结合SBP相似，呈封闭构象。在其两个裂片的界面处的狭窄腔体足够宽，可以结合HEHEAA，但不能容纳带有侧链的肽。HEHEAA的极性原子通过氢键相互作用识别，另外的SBP残基有助于结合位点。通过基于结构的突变分析证实了这种结合模式。结果还显示，来自植物病原菌丁香假单胞菌的SBP无法识别HEHEAA。但是，在丁香假单胞菌SBP的效应蛋白结合口袋中进行单个氨基酸取代，将其转化为弱的HEHEAA结合蛋白。丁香假单胞菌的PipR依赖于植物效应蛋白的活性，本研究的发现暗示不同的PipR相关SBP结合不同的效应蛋白。

图1. 假单胞菌GM79 pipR基因组区域、HEHEAA化学结构、AapF活性分析、SBPPDC86-HEHEAA复合物结构

图2. SBPPDC86中HEHEAA的结合模式

图3. SBPPDC86与多肽结合SBP结构的比较

图4. 并非所有AapF同源物都能结合HEHEAA

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