浙大教授Plant Cell发表新成果

4月14日，国际学术期刊《Plant Cell》在线刊登了浙江大学、美国密苏里大学和德州农工大学合作开展的一项研究成果。这项研究报道称，MPK3/MPK6及其底物ERF6可促进IGSs的生物合成，以及I3G到4MI3G的转换，4MI3G是植物免疫力中PEN2/PEN3依赖性化学防御的一个靶标。

　　

生物通报道：4月14日，国际学术期刊《Plant Cell》在线刊登了浙江大学、美国密苏里大学和德州农工大学合作开展的一项研究成果，题为“Pathogen-responsive MPK3 and MPK6 reprogram the biosynthesis of indole glucosinolates and their derivatives in Arabidopsis immunity”。这项研究报道称，MPK3/MPK6及其底物ERF6可促进IGSs的生物合成，以及I3G到4MI3G的转换，4MI3G是植物免疫力中PEN2/PEN3依赖性化学防御的一个靶标。

这项研究的通讯作者是浙江大学生命科学学院张舒群教授。张舒群教授本科毕业于南京大学生物学系，博士毕业于德克萨斯州大学植物生物学系。现任密苏里大学哥伦比亚分校生物化学系教授、Christopher S. Bond生命科学中心（Christopher S. Bond Life Sciences Center）教授。2011年至今担任浙江大学生命科学学院教授，2011年获国家“****”入选者。张舒群教授长期致力于植物生物化学和分子生物学领域的研究，在发掘丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases, MAPKs)信号系统的成员，及其对植物生长、发育、抗病及其他逆境反应等方面的功能和分子机制等领域开展了系统研究，共发表SCI论文50余篇，论文平均影响因子8.5。相关阅读：浙大**教授Plant cell揭示重要信号；国内学者《PNAS》连发多项新成果；中国农大等《PNAS》发表最新文章。

抗菌化合物在植物免疫中发挥着重要的作用，例如，拟南芥和其他十字花科植物可使用抗毒素和芥子油苷衍生品，来防御病原体。病原体敏感的MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN KINASE 3 (MPK3)和MPK6在拟南芥的主要抗毒素camalexin的诱导中，发挥至关重要的作用。

在寻找氰化物（乙烯和camalexin生物合成的一种副产物）的过程中，该研究小组发现，MPK3和MPK6也影响由吲哚芥子油苷（IGS）途径衍生的胞外硫氰酸盐离子的积累。葡萄孢菌可感染激活MPK3/MPK6，这会促进indole-3-yl-methylglucosinolate(I3G)的生物合成及其到4-methoxyindole-3-yl-methylglucosinolate(4MI3G) 的转换。功能获得和丧失分析表明，MPK3/ MPK6可通过ETHYLENE RESPONSE FACTOR 6 (ERF6) ——MPK3 / MPK6的底物，调节MYB51和MYB122（IGS生物合成的两个关键调节因子）以及CYP81F2 IGMT1/IGMT2（它们编码I3G到4MI3G的转换过程中的酶）的表达。

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在PENETRATION2 (PEN2，一个典型的芥子酶)和PEN3（一种ABC转运蛋白）的作用下，4 MI3G被转化为细胞外不稳定的抗菌化合物，能与亲核物质相互作用并释放稳定硫氰酸离子的异硫氰酸盐。

最近有研究验证了PEN2 / PEN3依赖性IGS衍生品在植物免疫中的重要性。在这项研究中，研究人员证明了MPK3 / MPK6信号通路在植物真菌免疫力中IGS生物合成重编程中的一个关键作用。响应葡萄孢属接种或在条件性功能获得GVG-NtMEK2DD 植物中激活MPK3/MPK6，可触发I3G到4MI3G生物合成的一个重要转换。MPK3/MPK6的功能缺失可大大抑制葡萄孢属诱导的4MI3G积累。

此外，基因表达分析显示，葡萄孢属诱导的CYP81F2和IGMT1/IGMT2（两种酶，参与I3G 到4MI3G的转换）以及MYB51/MYB122（参与IGS生物合成基因调控的两个MYB转录因子）的编码基因激活，依赖于MPK3/MPK6信号通路。

此外，在真菌病原体中，ERF6——MPK3/MPK6的一个底物，在MPK3/MPK6级联下游的4MI3G生物合成中发挥重要的作用。根据ChIP-qPCR和遗传分析，它直接调节着CYP81F2和IGMT1/IGMT2的表达，因此，控制着从I3G到4MI3G的合成，以及IGS衍生的抗菌化合物的产生。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Pathogen-responsive MPK3 and MPK6 reprogram the biosynthesis of indole glucosinolates and their derivatives in Arabidopsis immunity
Abstract: Anti-microbial compounds have critical roles in plant immunity; for example, Arabidopsis thaliana and other crucifers deploy phytoalexins and glucosinolate derivatives in defense against pathogens. The pathogen-responsive MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN KINASE 3 (MPK3) and MPK6 have essential functions in the induction of camalexin, the major phytoalexin in Arabidopsis. In search of cyanide, a co-product of ethylene and camalexin biosynthesis, we found that MPK3 and MPK6 also affect the accumulation of extracellular thiocyanate ion derived from the indole glucosinolate (IGS) pathway. Botrytis cinerea infection activates MPK3/MPK6, which promote indole-3-yl-methylglucosinolate (I3G) biosynthesis and its conversion to 4-methoxyindole-3-yl-methylglucosinolate (4MI3G). Gain- and loss-of-function analyses demonstrated that MPK3/MPK6 regulate the expression of MYB51 and MYB122, two key regulators of IGS biosynthesis, as well as CYP81F2 and IGMT1/IGMT2, which encode enzymes in the conversion of I3G to 4MI3G, through ETHYLENE RESPONSE FACTOR 6 (ERF6), a substrate of MPK3/MPK6. Under the action of PENETRATION2 (PEN2), an atypical myrosinase, and PEN3, an ABC transporter, 4MI3G is converted to extracellular unstable anti-microbial compounds, possibly isothiocyanates that can react with nucleophiles and release the stable thiocyanate ion. Recent studies demonstrated the importance of PEN2/PEN3-dependent IGS derivatives in plant immunity. Here we report that MPK3/MPK6 and their substrate ERF6 promote the biosynthesis of IGSs and the conversion of I3G to 4MI3G, a target of PEN2/PEN3-dependent chemical defenses in plant immunity.