拟南芥去NAD修饰酶DXO1通过转录与转录后双重调控机制介导植物免疫应答

本综述系统阐释了拟南芥去NAD修饰酶DXO1通过其N端结构域（NTE）和催化活性位点双重调控植物免疫的分子机制。研究发现DXO1缺失突变体（dxo1-2）对Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000（Pst）感染表现出阶段性免疫反应（早期敏感后期抗性），并伴随SA/JA激素通路失衡、MAPK磷酸化延迟、ROS爆发增强等典型免疫表型。该研究首次揭示DXO1酶活性在植物生理过程中的直接作用，为RNA代谢与免疫调控的交叉领域提供新视角。

　　

2.1 DXO1缺陷影响对Pst DC3000感染的应答

dxo1-2突变体在Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000（Pst）感染初期（24 hpi）表现出敏感性，而在后期（72 hpi）转为抗性。这种双相反应与叶片形态学改变相关：突变体叶片更薄、气孔密度降低但毛状体密度增加，可能影响病原菌初始侵入效率。分子分析显示，未处理的dxo1-2植株中病程相关基因（PR1、PR2、PR5）已组成性上调，水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）水平显著升高，而脱落酸（ABA）水平不变。Northern印迹证实感染后PR基因表达进一步强化，但植物防御素PDF1.2表达被抑制。

2.2 DXO1调控PAMP诱导的植物防御机制

病原菌相关分子模式（PAMP）处理实验表明，dxo1-2突变体中flg22和elf18诱导的MAP激酶（MPK3/4/6）磷酸化显著延迟。同时，胼胝质沉积在flg22/elf18处理后增强，而冠菌素（COR）处理仍维持较高水平。活性氧（ROS）爆发检测显示突变体对flg22的响应更强烈。Northern分析发现WRKY29和GSTF6等防御基因在PAMP处理后期表达显著高于野生型，表明DXO1主要影响感染后期信号传导而非早期转录响应。

2.3 Pst感染期间病程相关基因表达在DXO1缺失时失调

3′RNA-seq分析揭示dxo1-2突变体在Mock和Pst处理条件下分别有2894/3900和3129/4237个基因上/下调。PCA分析表明基因表达变异主要来源于基因型而非感染处理。防御响应相关GO术语中，24.7%上调基因和7.6%下调基因与防御功能相关。关键上调基因包括PR家族基因、ANAC019/055/075转录因子、NUDIX水解酶同系物及WRKY17/18/38/41等。JA通路基因（VSP1/2、LOX2、PDF1.2）则显著下调。值得注意的是，系统抗性相关基因（ALD1、SARD4、FMO1）和植物细胞因子前体PROSCOOPs家族成员表达异常，提示DXO1可能通过多肽信号通路调控免疫。

2.4 DXO1的催化位点和植物特异性N端延伸共同贡献于对Pst感染的应答

转基因互补实验显示，表达催化失活突变体DXO1(E394A/D396A)或N端缺失突变体DXO1(ΔN194)的植株均表现出与dxo1-2类似的Pst抗性表型。Northern分析发现DXO1(ΔN194)系在未处理状态下即呈现PR基因强烈激活，而DXO1(E394A/D396A)系则呈现时间依赖性激活模式。激素检测表明仅DXO1(ΔN194)系SA/JA/OPDA水平显著升高，但两个突变体均增强flg22诱导的ROS产生。聚类分析表明66%防御相关基因的表达依赖于N端结构域，而SA通路部分基因簇同时依赖催化活性。

2.5 DXO1通过调控病程相关mRNA稳定性影响生物胁迫响应

mRNA半衰期测定显示多种病原相关因子mRNA在dxo1-2中稳定性增加。同时，xrn4-5突变体也表现出对Pst的抗性增强和防御基因表达改变，提示DXO1可能通过与XRN4协同的共翻译mRNA降解（CTRD）途径调控免疫相关转录本稳定性。近期研究证实DXO1催化活性是CTRD途径所必需，且该途径靶基因富集于胁迫响应相关GO术语，暗示DXO1可能通过清除NAD⁺帽化mRNA调控应激基因表达。

3 讨论

本研究确立DXO1通过其N端结构域和催化活性双重调控植物免疫的范式。N端结构域主要介导SA依赖性自身免疫表型，而催化活性则影响感染后期防御基因的适时激活。DXO1缺陷导致的叶绿体功能异常（如PAP积累）可能通过 retrograde 信号通路间接影响免疫应答。与RNMT1互作实验表明DXO1的免疫调控功能独立于mRNA帽甲基化途径。最终模型提示DXO1在转录层面通过调控防御基因表达，在转录后层面通过CTRD/XRN4途径降解免疫相关mRNA，从而精细调控植物抗病反应。