（2021.3.8 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）

近日，我校農(nóng)業(yè)微生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院Kenichi Tsuda教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果發(fā)表，研究揭示了十字花科植物PTI免疫反應(yīng)的進(jìn)化機(jī)制。

在植物長期進(jìn)化過程中，脅迫響應(yīng)基因的變異對于植物適應(yīng)環(huán)境變化至關(guān)重要。但是，植物在受到脅迫時(shí)基因轉(zhuǎn)錄的進(jìn)化機(jī)制尚不清楚。植物進(jìn)化出膜定位的模式識(shí)別受體（PRR）識(shí)別病原微生物表面保守的微生物相關(guān)分子模式（MAMPs），激活模式誘發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI）。例如，細(xì)菌鞭毛蛋白N端的寡肽flg22可以被擬南芥受體FLS2識(shí)別，引發(fā)包括MAPK磷酸化、轉(zhuǎn)錄重編程和激素合成等一系列PTI免疫反應(yīng)，從而提高植物對病原菌的抗性。目前人們對PTI進(jìn)化機(jī)制的了解僅僅局限于PRR的進(jìn)化，而對于不同植物間PTI免疫反應(yīng)的保守性和進(jìn)化機(jī)制還知之甚少。

研究人員用flg22處理六個(gè)擬南芥品系以及三種十字花科近緣種（包括薺菜Capsella rubella、碎米薺Cardamine hirsuta和鹽芥Eutrema salsugineum），發(fā)現(xiàn)四種十字花科植物均能感應(yīng)flg22并引發(fā)PTI早期反應(yīng)，但是flg22誘發(fā)PTI反應(yīng)導(dǎo)致的植物生長抑制和病原菌抗性在四種植物間卻存在明顯差異。

不同遺傳背景和地理來源迥異的擬南芥品系對flg22的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)高度一致

為研究PTI免疫反應(yīng)在轉(zhuǎn)錄水平的進(jìn)化，研究人員比較分析了六個(gè)擬南芥品系以及三種十字花科植物受flg22處理后的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)四種十字花科植物既共有一些差異表達(dá)基因（DEG），也有相當(dāng)多的DEG呈現(xiàn)物種特異性;然而六個(gè)遺傳背景和地理來源迥異的擬南芥品系對flg22的響應(yīng)卻高度保守。但是十字花科物種間對flg22響應(yīng)的差異與其系統(tǒng)發(fā)育卻不一致。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)WRKY轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)在物種特異型flg22響應(yīng)基因的5-順式調(diào)節(jié)區(qū)域富集，可能驅(qū)使物種特異性基因轉(zhuǎn)錄的進(jìn)化。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)編碼區(qū)序列差異與轉(zhuǎn)錄組差異無相關(guān)性，而純化選擇可能維持十字花科植物共有flg22響應(yīng)基因5-調(diào)節(jié)區(qū)域的保守性。此外，研究結(jié)果還表明不同十字花科植物在flg22處理后的代謝組具有物種特異性。

研究者這樣說，這個(gè)研究的發(fā)現(xiàn)揭示了十字花科植物PTI過程中基因轉(zhuǎn)錄的進(jìn)化機(jī)制，為進(jìn)一步了解植物在生物脅迫下轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)化機(jī)制提供了線索。