研究揭示白葉枯病菌新型主效TALE蛋白”一箭雙雕”激活水稻抗感病性的機制

　　上海交通大學農業與生物學院/上海市現代種業協同創新中心陳功友教授團隊在線在Plant Communications上發表了題為“Tal6b/AvrXa27A, a hidden TALE targeting both the susceptibility gene OsSWEET11a and the resistance gene Xa27 in rice”的研究論文，報道了白葉枯病菌中一種新型主效TALE蛋白Tal6b/AvrXa27A，揭示了其激發水稻抗病性和感病性反應的機制，這對于水稻抗病基因的合理利用和廣譜持久抗病品種的培育具有重要的科學和實踐意義。

　　稻黃單胞菌稻致病變種（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）引起的水稻白葉枯病是農業生產中一種重要的全球性致災病害，近年加重發生，多地出現“老病新發”問題，嚴重威脅糧食安全。病菌毒性變異導致水稻抗病性喪失是白葉枯病“卷土重來”的重要原因。轉錄激活類效應子（transcription activator-like effector, TALE）是Xoo最重要的致病因子，其中主效的致病TALE（major TALE）決定著病菌在水稻上的毒性強弱。目前Xoo菌株中已發現的主效TALE有7個，PthXo1/AvrXa7、PthXo3和PthXo2-like類TALE效應蛋白僅存在于亞洲菌株中，TalB、TalC和TalF則僅存于非洲菌株中。Xoo是否產生其他新型主效TALE及其與病菌毒性進化的關系還有待明確。

　　該研究從Xoo強毒性菌株LN18和LN4中分離到一種TALE效應蛋白Tal6b/AvrXa27A。Tal6b/AvrXa27A與已知的TALE蛋白AvrXa27同源，而AvrXa27作為無毒蛋白（Avirulence protein）通過結合Xa27抗病基因啟動子上的效應蛋白結合元件（effector-binding element，EBE），激活Xa27基因的轉錄表達，導致水稻產生效應物誘導的免疫反應（effector-triggered immunity，ETI）。病原接種試驗和基因表達分析顯示，Tal6b/AvrXa27A也能夠激發Xa27基因介導的抗病反應。通過對不同Xoo菌株的基因組進行比較分析，該研究還鑒定到另外兩個AvrXa27同源蛋白AvrXa27B和AvrXa27C，它們也屬于AvrXa27/TalAO類效應蛋白家族。分析發現這個蛋白家族廣泛分布于Xoo菌株中，均能作為無毒蛋白激活Xa27基因介導的水稻抗病反應。這揭示了抗病基因Xa27能夠廣譜抗白葉枯病的原因。有趣的是，Tal6b/AvrXa27A還能作為毒性因子誘發水稻的感病反應，這不同于AvrXa27/TalAO類效應家族中的其他成員。進一步研究發現，Tal6b/AvrXa27A能夠靶向水稻感病基因OsSWEET11a，但其與另一個靶向OsSWEET11a的主效TALE蛋白PthXo1沒有同源性。啟動子結合試驗也明確了Tal6b/AvrXa27A分別與Xa27和OsSWEET11a啟動子結合的EBE序列。OsSWEET11a感病基因EBE編輯的水稻突變體對依賴于Tal6b/AvrXa27A毒性的Xoo菌株也表現抗病性。這一結果還說明，靶向水稻感病基因OsSWEET11a的PthXo1，僅在菲律賓6號小種中存在，而真正廣泛存在的是Tal6b/AvrXa27A。

　　上述結果表明，Tal6b/AvrXa27A是一種新型的主效TALE，具有無毒性（avirulence）和毒性（virulence）雙重功能，能同時靶向抗病基因Xa27和感病基因OsSWEET11a。在不含有Xa27基因的水稻品種中，Tal6b/AvrXa27A作為主效毒性因子誘發OsSWEET11a介導的感病反應。而在含有Xa27基因的水稻品種中，Tal6b/AvrXa27A激發Xa27引起的免疫反應能夠抑制OsSWEET11a介導的感病反應，最終使水稻表現抗病。該研究揭示了Xoo利用TALE多樣化的致病策略，為病原菌效應蛋白與抗感病基因的協同進化提供了新的見解，同時也為Xa27廣譜抗病基因的合理利用提供了理論依據。