辣椒硫氧还蛋白过氧化物酶CaTPX1通过稳定CaCDC48增强对疫霉菌的抗性机制研究

《Horticulture Advances》：Thiol peroxidase CaTPX1 of pepper enhances resistance against Phytophthora capsici by stabilizing CaCDC48

本研究针对辣椒生产中由辣椒疫霉（Phytophthora capsici）引起的毁灭性病害，通过病毒诱导基因沉默（VIGS）技术筛选鉴定出硫氧还蛋白过氧化物酶TPX1作为植物免疫的正调控因子。研究发现CaTPX1通过其保守的Cys51残基与细胞分裂周期蛋白48（CaCDC48）相互作用并稳定其表达，从而增强辣椒对P. capsici的抗性。该研究为解析植物氧化还原信号传导机制提供了新见解，并为辣椒抗病育种提供了重要靶点基因。

　　

在全球范围内，辣椒（Capsicum annuum L.）作为一种重要的经济作物，其生产受到辣椒疫霉（Phytophthora capsici）引起的疫病的严重威胁。这种土传病害具有宿主范围广、破坏力强的特点，可导致辣椒、番茄、茄子等作物大幅减产。目前主要依赖化学杀菌剂进行防治，但由此带来的环境问题日益凸显。因此，通过遗传改良和基因组编辑技术培育抗病品种成为可持续防控策略的关键。然而，辣椒对P. capsici的抗性分子机制尚不明确，鉴定关键抗病基因并解析其功能对于抗病育种具有重要意义。

在这项发表于《Horticulture Advances》的研究中，齐瑞雪等人通过构建本氏烟（Nicotiana benthamiana）cDNA病毒诱导基因沉默（VIGS）文库，开展了一项系统性筛选工作。研究人员采用离体叶片接种法，用P. capsici游动孢子悬浮液接种沉默不同基因的本氏烟叶片，通过观察病斑大小变化筛选调控疫霉抗性的关键基因。这一创新性筛选策略成功鉴定出硫氧还蛋白过氧化物酶TPX1（Thiol Peroxidase 1）作为植物免疫的正调控因子。

为了验证TPX1功能的保守性，研究人员分别在辣椒和番茄中沉默了TPX1同源基因。实验结果表明，TRV-CaTPX1辣椒植株和TRV-SlTPX1番茄植株对P. capsici的敏感性均显著增加。相反，在辣椒叶片中瞬时过表达CaTPX1-GFP，或通过农杆菌介导的稳定转化获得CaTPX1-GFP过表达番茄株系，均显著增强了对P. capsici的抗性。这些结果证实TPX1在茄科植物中保守地正向调控对疫霉菌的抗性。

进一步的研究聚焦于TPX1发挥功能的分子机制。序列比对分析发现，TPX1的过氧化/催化半胱氨酸（Cys51）在不同物种中高度保守。通过将CaTPX1 Cys51突变为丝氨酸（CaTPX1C51S），研究人员发现这一突变体完全丧失了增强植物免疫的能力，说明Cys51是CaTPX1功能的关键位点。

为了探索CaTPX1的下游作用靶点，研究人员通过免疫共沉淀-质谱联用（IP-MS）技术筛选到细胞分裂周期蛋白48（Cell Division Cycle 48, CaCDC48）作为CaTPX1的互作蛋白。Co-IP和荧光素酶互补成像（LCI）实验证实了CaTPX1与CaCDC48之间的直接相互作用，而CaTPX1C51S突变体与CaCDC48的结合亲和力显著降低。

机制研究表明，CaTPX1能够稳定CaCDC48蛋白水平，而CaTPX1C51S则丧失了这一功能。同时，功能分析发现CaCDC48本身也是一个疫霉抗性的正调控因子，其过表达可诱导病程相关（PR）基因CaPR1和CaPR10的表达，增强植物防御反应。

本研究采用的关键技术方法包括：病毒诱导基因沉默（VIGS）文库筛选、农杆菌浸润介导的瞬时表达、Co-IP和LCI验证蛋白质互作、LC-MS/MS鉴定互作蛋白、点突变功能分析以及转基因植株创制。实验材料涵盖本氏烟、辣椒栽培种"茄门"和番茄品种Ailsa Craig。

NbTPX1作为P. capsici免疫的正调控因子

通过VIGS筛选鉴定出13.5%的基因沉默后增加感病性，15.6%的基因增强抗病性。其中克隆11-93（NbTPX1）沉默显著增大病斑面积，表明其正向调控疫霉抗性。

TPX1正向调控植物对P. capsici的免疫力

在辣椒和番茄中沉默TPX1同源基因均导致感病性增加，而过表达CaTPX1显著增强抗病性。CaTPX1表达在P. capsici接种后6小时达到峰值。

CaTPX1的Cys51对植物免疫至关重要

Cys51位点突变体CaTPX1C51S丧失抗病功能，证明该保守半胱氨酸残基是氧化信号传导的关键。

CaCDC48与CaTPX1互作

IP-MS筛选和生化验证表明CaTPX1与CaCDC48直接互作，且互作依赖Cys51完整性。

CaCDC48被CaTPX1稳定

CaTPX1通过相互作用维持CaCDC48蛋白稳定性，而CaTPX1C51S突变体丧失稳定功能。

CaCDC48是植物对抗P. capsici免疫的正调控因子

CaCDC48过表达增强抗病性并诱导PR基因表达，沉默则增加感病性。

研究结论表明，硫氧还蛋白过氧化物酶CaTPX1作为H₂O₂传感器，通过其保守的Cys51残基传导氧化信号至下游靶蛋白CaCDC48。这种互作关系稳定了CaCDC48蛋白水平，从而增强辣椒对P. capsici的抗性。该研究不仅揭示了植物免疫中氧化还原信号传导的新机制，还为茄科作物抗病育种提供了重要的基因资源和理论依据。TPX1-CDC48模块的发现为理解植物如何感知病原侵染并启动防御反应提供了新视角，对可持续农业病害防控策略的开发具有重要指导意义。