《Cell Host & Microbe》：周俭民等新发天然植物免疫研究进展

2012年10月份，中科院遗传与发育生物学研究所的周俭民研究员与清华大学柴继杰教授合作，在《Science》上发表天然植物免疫机制的重要成果。在今年3月12日，周俭民研究组又在Cell子刊《Cell Host & Microbe》发表了这方面的最新研究进展。

　　

生物通报道：2012年10月份，中科院遗传与发育生物学研究所的周俭民研究员与清华大学柴继杰教授合作，在《Science》上发表天然植物免疫机制的重要成果：清华大学、中科院Science文章揭示天然植物免疫机制。在今年3月12日，周俭民研究组又在Cell子刊《Cell Host & Microbe》发表了这方面的最新研究进展。这篇论文的合作单位还包括清华大学和北京生命科学研究所，受到国家自然科学基金、中国科技部和植物基因组学国家重点实验室的资助。

植物具有多种免疫受体，能感知许多病原微生物的入侵。主要的一类植物免疫受体是细胞表面局部的模式识别受体（pattern-recognition receptors，PRRs），它们能够检测保守的微生物分子模式，例如真菌几丁质或细菌脂多糖、肽聚糖、延伸因子Tu和鞭毛蛋白，并触发一系列防御，使植物能够抵御大多数潜在的病原体。PRRs也能识别内源性分子模式，例如糖醛酸和小肽，它们是在病原体感染期间产生的。因此，PRRs形成了第一层植物监控系统，确保植物在接触病原体的第一时间内立即激活免疫系统。

一个著名的PRR是拟南芥受体激酶FLS2，它能识别细菌鞭毛蛋白（flg22）一个保守的22氨基酸N末端序列。FLS2包含一个富含亮氨酸重复（leucine-rich repeat，LRR）的细胞外结构域、一个跨膜结构域和一个胞质激酶结构域。LRR结构域可感知flg22，并迅速招募另一个LRR受体样激酶（称为BAK1）。

近年来的研究进展表明，BAK1是flg22的一个辅助受体，FLS2 LRR结构域、flg22和BAK1 LRR结构域之间的分子间相互作用，能够启动PRR复合体的激活作用。

在接触flg22和其他微生物分子模式后，植物细胞经历了MAP激酶（MPK）反应的迅速激活、NADPH氧化酶RbohD控制的氧自由基（ROS）大爆发和钙离子从质外体的短暂涌入，后者对ROS的产生至关重要。是否钙离子通道操纵下游PRRs尚不清楚，但是环核苷酸门控离子通道、离子型谷氨酸受体样通道和钙泵，都对防御系统中的细胞溶质钙离子浓度调节起着重要作用。

磷酸化蛋白质组学研究表明，RbohD在FLS2介导的ROS生产所必需的多个位点发生磷酸化。大量的钙依赖性蛋白激酶（CPKs）包括CPK4、CPK5、CPK6和CPK11，已被证明能够调控免疫信号传递过程中的ROS生产，但是这些蛋白似乎不能解释在RbohD中发现的所有磷酸化位点。

BIK1和PBL1是两个高度同源的类受体胞质激酶，通过与未刺激的FLS2和其它PRRs联合，在防御系统中发挥添加剂的作用。根据flg22识别，BIK1和PBL1会磷酸化。对坏死营养型真菌病原体的抗性和乙烯诱导的防御都需要BIK1和PBL1，它们会受到至少两种病原体效应蛋白的攻击，这进一步证明了它们在植物免疫中的重要性。

在以前的研究中，研究人员表明，BIK1和PBL1在RbohD依赖的ROS生产中发挥了积极的作用，但是并不是MPK激活所必需的。BIK1和PBL1如何介导免疫信号传递，仍然未知。此外，对于免疫信号传递如何改变植物生理以限制病原体进入，我们还知之甚少。例如，FLS2在细菌诱导的气孔关闭中发挥重要的作用，这种关闭行为能限制细菌的进入。这种气孔防御也包括RbohD和其它下游组件产生的ROS，但是FLS2和下游信号转导之间的联系机制尚不明确。

在这项研究中，研究人员表明，BIKI是FLS2免疫受体复合物的一个组分，不仅正调控flg22触发的钙离子涌入，还能在特定位点，以一种钙离子依赖方式增强ROS产生，直接磷酸化NADPH氧化酶RbohD。此外，BIK1和RbohD构成一种通路，可控制气孔活动，响应flg22，从而限制细菌进入叶组织。这些研究结果强调了FLS2复合体在调节RbohD介导的ROS生产和气孔防御中所起的直接作用。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
The FLS2-Associated Kinase BIK1 Directly Phosphorylates the NADPH Oxidase RbohD to Control Plant Immunity
Summary: The Arabidopsis immune receptor FLS2 senses the bacterial flagellin epitope flg22 to activate transient elevation of cytosolic calcium ions, production of reactive oxygen species (ROS), and other signaling events to coordinate antimicrobial defenses, such as stomatal closure that limits bacterial invasion. However, how FLS2 regulates these signaling events remains largely unknown. Here we show that the receptor-like cytoplasmic kinase BIK1, a component of the FLS2 immune receptor complex, not only positively regulates flg22-triggered calcium influx but also directly phosphorylates the NADPH oxidase RbohD at specific sites in a calcium-independent manner to enhance ROS generation. Furthermore, BIK1 and RbohD form a pathway that controls stomatal movement in response to flg22, thereby restricting bacterial entry into leaf tissues. These findings highlight a direct role of the FLS2 complex in the regulation of RbohD-mediated ROS production and stomatal defense.