蚜虫效应蛋白通过招募防御蛋白至加工小体抑制植物免疫的分子机制

研究人员针对蚜虫如何通过效应蛋白调控植物免疫的关键科学问题，以桃蚜（Myzus persicae）为模型，发现其口腔分泌物中的宿主响应性组织蛋白酶B（CathB）通过将植物免疫关键调控因子EDS1、PAD4和ADR1招募至加工小体（p-bodies），抑制系统获得性抗性（SAR）通路。该研究首次揭示p-bodies在植物免疫中的新功能，并为作物抗虫育种提供新靶点。

　　

在自然界长达1.5亿年的协同进化中，蚜虫发展出高度特化的取食策略，其刺吸式口器能精准定位植物韧皮部，同时分泌大量效应蛋白调控宿主生理过程。作为"昆虫界的超级通才"，桃蚜（Myzus persicae）能以超过1000种植物为食，这种广谱适应性背后的分子机制一直是科学界未解之谜。更棘手的是，蚜虫还是300多种植物病毒的传播媒介，其抑制植物免疫的能力可能助长病原体扩散。传统研究多聚焦于病原体效应蛋白，而对昆虫效应蛋白如何操纵植物免疫网络知之甚少。

研究人员通过质谱分析发现桃蚜口腔分泌物中存在8种宿主响应性组织蛋白酶B（CathB），其中CathB3和CathB6丰度最高。转基因实验表明，这些效应蛋白能显著提高蚜虫繁殖力，但令人意外的是，其促蚜虫繁殖功能不依赖经典的蛋白酶催化活性。通过荧光标记和共聚焦显微技术，研究者首次捕捉到CathB6在植物细胞内形成动态斑点结构，这些结构与加工小体标记蛋白VCS、DCP5和DCP1共定位。加工小体作为细胞质核糖核蛋白颗粒，主要负责mRNA的储存与降解，此前从未被发现参与昆虫-植物互作。

研究团队运用酵母双杂交（Y2H）和邻近标记质谱（PL-MS）技术，鉴定出植物免疫核心调控因子EDS1是CathB6的直接作用靶标。通过荧光寿命成像-荧光共振能量转移（FLIM-FRET）等实验证实，CathB6通过其87-134氨基酸区域与EDS1的EP结构域（405-554aa）结合，进而将EDS1及其互作蛋白PAD4、ADR1"劫持"至加工小体。这种空间隔离导致EDS1-PAD4-ADR1模块介导的系统获得性抗性（SAR）相关基因表达显著下调，包括水杨酸（SA）合成关键基因ICS1和标志基因PR1。

有趣的是，研究还发现植物通过Hsp20家族蛋白Acd28.9实施"反制措施"。该蛋白通过结合CathB6的C端区域（266-333aa），破坏其定位加工小体的能力，使EDS1重获自由。遗传学实验显示，acd28.9突变体植株对蚜虫的抗性显著降低，证实这是植物抵御蚜虫的重要防线。这一发现为理解植物-昆虫协同进化提供了新视角，也为开发新型抗虫作物提供了分子靶点。

关键技术方法包括：1）蚜虫口腔分泌物蛋白质组学分析；2）转基因拟南芥表型分析；3）激光共聚焦显微成像与荧光漂白恢复（FRAP）技术；4）酵母双杂交和邻近标记质谱筛选互作蛋白；5）荧光寿命成像-荧光共振能量转移（FLIM-FRET）验证蛋白互作；6）Pseudomonas fluorescens效应蛋白递送系统（EtHAn）分析免疫通路调控。

主要研究发现：

1. "蚜虫效应蛋白促进繁殖"：CathB3/CathB6转基因拟南芥使蚜虫繁殖力提升2倍，而催化活性位点突变体CathB6^C114D仍保持此功能，表明其通过非催化机制发挥作用。

2. "加工小体定位机制"：CathB6通过增大加工小体体积（>120 μm²）和数量，改变mRNP动态平衡，为免疫蛋白"扣押"创造空间。

3. "免疫通路劫持"：CathB6-EDS1-PAD4-ADR1复合体在加工小体的形成，使SAR相关基因表达量降低50-80%。

4. "植物防御反击"：Acd28.9通过竞争性结合破坏CathB6的加工小体定位，使蚜虫在acd28.9突变体上的繁殖量增加35%。

这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究，首次揭示加工小体作为植物-昆虫互作"新战场"的生物学功能，阐明了蚜虫广谱寄主适应性的部分分子基础。更深远的意义在于，该发现为理解昆虫效应蛋白与植物免疫系统的"军备竞赛"提供了范式，Acd28.9等抗性基因的挖掘为培育抗虫作物开辟了新途径。鉴于蚜虫对全球农业造成的年均上千亿元损失，这些基础发现具有重要的转化应用前景。