Nature | 破解50年难题！武汉大学何光存团队发现寄主植物对食草动物的抗性的潜在机理

植物利用受体样激酶和核苷酸结合的富含亮氨酸的重复受体赋予寄主植物对食草动物的抗性(HPR)。昆虫与其宿主之间基因对基因的相互作用已经提出了50多年。然而，HPR背后的分子和细胞机制一直是难以捉摸的，因为昆虫无毒效应物的身份和感知机制仍然未知。

2023年6月14日，武汉大学何光存团队在Nature 在线发表题为”A tripartite rheostat controls self-regulated host plant resistance to insects“的研究论文，该研究鉴定了一种由植物免疫受体感知的昆虫唾液蛋白。褐飞虱分泌的BPH14相互作用唾液蛋白(BISP)在摄食过程中分泌到水稻(Oryza sativa)中。在易感植物中，BISP靶向O. satvia RLCK185 (OsRLCK185)来抑制基础防御。在抗性植物中，核苷酸结合的富含亮氨酸的重复受体BPH14直接结合BISP激活HPR。

Bph14介导的免疫组构激活对植物生长和生产力是有害的。Bph14介导的HPR的微调是通过将BISP和BPH14直接结合到选择性自噬货物受体OsNBR1上实现的，OsNBR1将BISP传递给OsATG8进行降解。因此，自噬控制着BISP水平。在Bph14植物中，当褐飞虱停止摄食时，自噬通过下调HPR来恢复细胞稳态。总之，该研究鉴定了一种被植物免疫受体感知的昆虫唾液蛋白，并发现了一个三方相互作用系统，为开发高产、抗虫作物提供了机会。

在数百万年的植物和昆虫共同进化过程中，食草昆虫已经发展出了多种取食策略来从寄主植物中获取营养。这类昆虫每年可造成全球作物产量高达18%的损失。因为植物是无法移动的，不能逃避害虫的持续攻击，植物进化出各种防御策略来对抗食草动物。与微生物病原体不同，昆虫在进食时可以在植物上或植物间快速移动，这使得了解它们相互作用的机制具有挑战性。

草食性昆虫主动选择取食部位，在取食过程中分泌唾液，方便从寄主植物获取营养。一些唾液蛋白诱导宿主防御。在过去的十年中，通过基于图谱的克隆，已经分离出编码核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列(NLR)受体的植物基因，这些基因赋予了对刺穿和吸吮昆虫的抗性。NLR受体作为细胞内免疫受体，直接或间接检测同源效应器并激活效应器触发免疫(ETI)，也称为HPR。触发ETI的昆虫无毒效应物的特性尚未被发现。因此，寄主植物如何识别昆虫并部署和调节抗性在很大程度上仍然未知。

文章模式图（图源自Nature ）

褐飞虱(BPH）是威胁全球水稻生产的最具破坏性的害虫。它利用柱头口器探测和穿透植物细胞，消耗韧皮部汁液，最终导致植物死亡和大量产量损失。BPH长途迁移，跨越国界寻找更好的寄主植物，这使得BPH的区域控制具有挑战性。因此，HPR对BPH的控制至关重要。从水稻中分离到的首个抗BPH基因Bph14编码一种螺旋卷曲的核苷酸结合富亮氨酸重复序列(CC-NB-LRR)蛋白，该蛋白形成同源复合体并与WRKY转录因子相互作用。BPH14增强WRKY活性，赋予BPH抗性。

该研究发现BPH唾液蛋白BISP可直接被BPH14识别。值得注意的是，对BISP的感知不仅会触发Bph14介导的耐药性，还会激活 NBR1介导的选择性自噬。这导致BISP的降解，以限制Bph14调节的防御的过度激活。总之，该研究阐明了BPH14与BISP效应物结合激活和调节Bph14介导的HPR后发生的分子和细胞相互作用。

武汉大学生命科学学院博士后郭建平、博士生王卉颖和关伟为本论文的第一作者，何光存教授为通讯作者。同时，本项研究获得了武汉大学朱玉贤院士，华中农业大学张启发院士，美国加州大学河滨分校Linda Walling教授以及何光存教授课题组其他成员的倾情帮助。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06197-z

转自：“iNature”微信公众号

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