一种名为SR45的剪接调节因子通过调控拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的水杨酸代谢途径来抑制植物的免疫反应

《Frontiers in Plant Science》：A splicing regulator, SR45, suppresses plant immunity by regulating salicylic acid pathway in Arabidopsis thaliana

植物免疫负调控因子SR45通过转录调控和RNA剪接影响SA生物合成及防御基因表达。sr45-1突变体呈现系统性抗性增强及生长缺陷，其机制与SR45.1抑制SA信号通路和调控RLK/RLP蛋白比例相关。研究发现SR45通过ASAP复合体招募组蛋白去乙酰化酶HDA19沉默防御基因转录，同时通过调控CBRLK1和SRF1的剪接产生功能不同的蛋白 isoform，影响病原体识别和信号传导。

　　植物在面对各种病原体和害虫的持续挑战时，进化出了多种防御策略，这些策略既包括局部防御，也涉及系统性免疫。这种系统性免疫的启动需要整个RNA代谢过程的全局性调整，以确保植物能够长期抵御当前和未来的侵袭。SR45是一种在植物中高度保守的RNA结合蛋白，它调控RNA代谢的多个阶段。先前的研究表明，SR45在植物免疫中起到负调控作用。为了更深入地理解SR45在防御中的分子机制，我们比较了Col-0和sr45-1突变体的代谢概况。结果表明，在sr45-1突变体中，某些防御化合物如pipecolic acid（Pip）和salicylic acid（SA）出现了显著积累，这表明系统性免疫有所增强。sr45-1突变体对多种生物亲和性病原体表现出更高的抗性，同时对Pip、SA以及病原体预处理表现出不敏感性。在两种可选剪接的SR45同工型中，SR45.1似乎与观察到的免疫抑制有关。通过比较Col-0和sr45-1突变体在无挑战和Pseudomonas syringae Pma DG3挑战下的转录组概况，我们识别了1,125个被SR45抑制的基因以及被Pma DG3诱导的基因。这些基因中包括那些在SA生物合成和系统获得性抗性（SAR）中起作用的基因，例如编码WRKY转录因子、受体样激酶（RLKs）、受体样蛋白（RLPs）、蛋白激酶和TIR-NBS-LRR蛋白的基因。此外，我们还发现了一些由于sr45-1突变体或Pma DG3挑战而出现显著可选剪接活动的基因。其中，我们重点研究了两个候选基因CBRLK1和SRF1的可选剪接效应。有趣的是，这两种基因的可选剪接在预测的蛋白质产物中表现出RLP与RLK之间的切换。在Col-0中过表达SR45-1的主导同工型导致免疫能力部分增强，这表明这两种可选剪接事件在SR45介导的免疫抑制中起重要作用。综上所述，我们假设SR45通过在转录水平或共转录前mRNA剪接水平调控一组免疫基因，从而在系统性免疫抑制中发挥其作用。

植物病原体引发的疾病威胁着作物产量和全球粮食安全。当前的气候变化可能会加剧这一威胁，增加疾病爆发的风险。在进化过程中，植物发展出了复杂的防御机制，以抵御病原体的侵袭。然而，防御过程是能量密集型的，其激活可能会以植物的生长和发育为代价。越来越多的证据表明，植物防御是一个复杂且与生长、发育和其他生理过程相互关联的系统。当植物遭遇病原体时，它会激活与病原体相关分子模式（PAMP）触发的免疫（PTI）和效应子触发的免疫（ETI）来防御局部感染。ETI还能引发系统获得性抗性（SAR），使植物在整体层面抵御广泛的病原体。Pip和SA是两种重要的非蛋白质氨基酸和小分子植物激素，它们在诱导SAR的转录重新编程中不可或缺。Pip引发的免疫反应部分通过SA信号通路，特别是通过NPR1蛋白的调控实现。当感知到病原体存在时，NPR1会从细胞质转移到细胞核，从而激活不同防御基因的表达。

尽管我们对已知免疫调节因子的功能已有一定了解，但这些调节因子在分子层面的具体作用仍不明确。近年来，越来越多的证据表明，前mRNA的可选剪接是植物防御的一个关键组成部分。例如，许多植物抗病基因，如Arabidopsis中的SNC1、RPS4和RPS6，烟草中的N，番茄中的BS4，Medicago中的RCT1，以及马铃薯中的Y-1，都表现出可选剪接的特性。此外，与剪接体相关的蛋白如MOS4和MOS12被发现与防御蛋白形成复合物。然而，关于可选剪接机制是否直接参与植物先天免疫，以及这些可选剪接转录本如何在调控植物防御中发挥不同作用，仍有许多问题有待解答。

RNPS1是一种在真核生物中高度保守的剪接调节因子。SR45是Arabidopsis中的RNPS1同源蛋白。我们的先前研究表明，SR45是一种支架型RNA结合蛋白，帮助定位附近的剪接位点，并且与它的相互作用蛋白共同调节剪接。在SR45的相互作用网络中，外显子剪接复合体（EJC）在mRNA用于翻译前检查其质量。一项在人类细胞中的研究发现，无义介导的衰减（NMD）主要依赖于RNPS1。这表明RNPS1是连接可选剪接与RNA质量控制机制的门户。此外，RNPS1是凋亡和剪接相关蛋白（ASAP）复合体的一部分，该复合体能够招募组蛋白去乙酰化酶，如HDA19，到受影响的位点，从而导致转录沉默。SR45在转录调控、剪接和RNA质量控制中的多方面作用表明其在RNA代谢调控网络中的重要性。此外，SR45的前mRNA也表现出可选剪接，这导致了两种不同的蛋白同工型，SR45.1和SR45.2。这些同工型在植物的生长和发育过程中扮演着不同的角色。

正如可选剪接在植物生长和发育中的重要性所显示的那样，Arabidopsis的sr45-1突变体表现出生长和发育缺陷，包括根系生长延迟、叶片和花冠变窄、开花延迟、花器官数量异常、铁缺乏以及轻微的不育。此外，sr45-1突变体对各种生物和非生物刺激表现出异常的敏感性。在我们之前的研究中，我们观察到sr45-1突变体在面对flg22和Pseudomonas syringae Pma DG3的侵袭时，表现出增强的PTI反应。同时，我们检测到sr45-1突变体中SA水平的升高。从花序组织的转录组分析来看，SR45倾向于抑制免疫基因。这促使我们提出假设，即SR45是植物先天免疫的负调控因子。然而，生殖组织和营养组织对生物胁迫的反应有所不同。由于大多数病原体感染发生在植物生命周期的营养阶段，我们决定在24天大的Arabidopsis叶片中研究SR45对免疫的影响。

在这项研究中，我们试图阐明SR45在防御中的作用。我们提供了证据表明，sr45-1突变体中检测到的自体免疫是由该突变引起的。sr45-1突变体在没有病原体预处理的情况下表现出更高的SAR，这使突变体植物对广泛生物亲和性病原体具有更高的抗性。这种增强的广谱抗性依赖于SR45.1同工型。在野生型植物中，SR45通过保持Pip和SA水平低，抑制SA通路基因和下游SA响应基因的表达，同时促进一些防御基因的不太防御响应性剪接模式，从而抑制SAR。我们的发现表明，SR45通过转录和共转录调控，抑制SA通路的多个方面，以在植物营养生长和发育期间维持免疫的平衡。

为了探讨SR45如何影响免疫，我们对Col-0和sr45-1突变体在无挑战和Pma DG3挑战后的代谢概况进行了分析。结果显示，在sr45-1突变体中，Pip和SA等防御化合物出现了显著积累，这表明其具有更高的防御代谢水平。此外，我们还发现了一些其他防御相关化合物的增加，如kaempferol-3-O-β-葡萄糖苷-7-O-α-鼠李糖苷和一种糖苷类物质。这些化合物的积累进一步支持了sr45-1突变体具有更高的系统性抗性，即使在没有病原体挑战的情况下。这表明，sr45-1突变体可能具有某种固有的防御机制，从而在植物未受侵袭时就表现出更高的抗性。

SR45通过调控Pma DG3诱导的基因来抑制植物的免疫。当植物面临病原体挑战时，它会进行广泛的转录组重编程。为了在转录组层面理解SR45如何通过抑制防御基因来调控免疫，我们比较了Col-0和sr45-1突变体在无挑战和Pma DG3挑战后的基因表达情况。结果表明，SR45抑制了大量防御基因，无论是处于稳态水平还是通过可选剪接调控。表达这些防御基因需要大量能量，而SR45通过抑制它们的表达，将能量重新分配给植物的生长和发育。此外，sr45-1突变体表现出多种表型，这可能与其调控的基因池有关，这些基因可能在转录、剪接和RNA质量控制过程中被SR45直接或间接调控。在我们的先前研究中，我们发现SR45与多个剪接因子和下游功能的转录本相关联，这表明SR45可能通过剪接调控的级联反应来放大其对RNA多样性的调控作用。

在研究SR45的可选剪接调控作用时，我们发现CBRLK1和SRF1这两种基因都表现出可选剪接的效应。这两种基因的可选剪接导致了其预测的蛋白质产物在结构和功能上的变化。CBRLK1的两种同工型，CBRLK1.2和CBRLK1.10，分别代表了受体样激酶（RLK）和受体样蛋白（RLP）。在野生型植物中，CBRLK1.2是主要的同工型，而在sr45-1突变体中，CBRLK1.10成为主要产物。这表明SR45可能通过调控这两种同工型的表达来影响CBRLK1的功能。此外，我们还发现SRF1的两种同工型，SRF1.5和SRF1.6，分别代表了RLK和RLP。在sr45-1突变体中，SRF1.5成为主要产物，而SRF1.6则在野生型植物中占主导地位。这表明SR45可能通过调控这些基因的可选剪接，影响其蛋白质产物的结构和功能，从而调控免疫反应。

SR45在转录调控中的作用不如其在剪接调控中的作用明确。ASAP复合体能够招募HDA19到FLC位点，导致基因沉默并促进开花。sr45-1突变体表现出HDA19的异常积累，这导致了FLC的高水平表达和开花延迟。这表明SR45对于ASAP复合体的完整性至关重要。此外，HDA19可能直接修饰某些防御基因的启动子区域，如PR1、PR2、EDS5和GDG1，从而抑制它们的表达。因此，SR45可能通过ASAP复合体招募HDA19到防御基因的启动子区域，实现转录沉默，避免在无病原体挑战时不必要的免疫反应。这一假设值得在未来的实验中进一步验证。

在我们的研究中，发现了一些与SR45调控相关的基因，这些基因在DG3挑战后表现出可选剪接的变化。这些基因中包括许多防御相关基因，如WRKY转录因子、RLKs、RLPs和一些TIR-NBS-LRR基因。这些基因的可选剪接可能在调控它们的表达和功能上起到重要作用。WRKY转录因子在SA介导的SAR中扮演关键角色，它们能够促进防御基因的表达。我们的研究显示，76%的DG3诱导和SR45抑制基因的启动子区域中存在W-box序列，这表明这些基因可能受到WRKY转录因子的调控。此外，SR45可能通过可选剪接调控这些基因的表达，从而影响它们的结构和功能。

SR45作为剪接调控因子，其调控的可选剪接事件可能影响防御基因的表达和功能。CBRLK1和SRF1的可选剪接事件表明，它们的蛋白质产物在结构和功能上发生了变化。例如，CBRLK1的两种同工型在结构上表现出RLK和RLP的切换，这可能影响其功能。同样，SRF1的两种同工型在结构上表现出RLK和RLP的切换，这可能影响其功能。这些变化可能通过调控防御基因的表达，进而影响植物的免疫反应。此外，SR45本身也表现出可选剪接，这使得其长同工型SR45.1在调控花发育和多种非生物反应方面具有特异性作用。我们的研究显示，SR45.1，而不是SR45.2，是SR45在免疫抑制中的关键同工型。这表明SR45.1在调控免疫反应方面具有独特的功能。

综上所述，我们的研究提供了关于SR45在植物防御中作用的新见解。SR45可能通过两种主要途径调控植物免疫基因：一是通过WRKY介导的转录调控网络，二是通过可选剪接导致的蛋白质结构和功能变化。SR45通过调控SAR激素Pip和SA及其下游基因，从而抑制SAR。SA诱导的RLP和RLK基因是SR45的重要靶标。未来的研究需要进一步阐明SR45的扩展相互作用网络在免疫调控中的作用，以更深入地理解RNA代谢如何促进植物成功免疫反应。