中國農大彭友良《PlantCell》發表植物病理學新成果

　　2014年3月18日，中國農業大學植物病理學系彭友良教授課題組與美國普渡大學的研究人員，在《Plant Cell》雜志上發表的一項研究表明，α-1,3-甘露糖轉移酶介導的Slp1蛋白N-糖基化作用，對于稻瘟病菌逃避宿主的先天免疫至關重要。

　　本文的通訊作者彭友良教授為教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，主要從事植物分子病理學的科研和教學工作，由于在科研、教學等方面成績突出，先后獲得了教育部霍英東青年教師基金、“優秀跨世紀人才計劃”基金及優秀年輕教師基金，國家杰出青年科學基金，農業部級有突出貢獻的中青年專家、人事部有突出貢獻的中青年專家等稱號，并入選“百千萬人才工程”和教育部長江獎勵計劃特聘教授。該研究受到科技部973項目、長江學者計劃、創新研究團隊計劃以及教育部111計劃的資助。

　　植物利用模式識別受體(pattern recognition receptors)來保護自己不受微生物的攻擊，模式識別受體通過識別病原體相關的分子模式(PAMPs)，來啟動先天免疫反應。免疫反應包括受調節的活性氧(ROS)合成，這可由細胞壁PAMPs的識別誘導，例如，入侵的病原體可在感染期間釋放幾丁質和葡聚糖產生的寡糖。在響應這些防御的過程中，植物病原體已經發展出一定的策略，來避免或克服PAMP觸發的免疫功能。入侵真菌最重要的結構是細胞壁外層，通過這種外層，病原真菌可以避免內部幾丁質和葡聚糖的寄主識別。病原菌也能通過效應蛋白對這些免疫反應的抑制，來反擊PAMP觸發的免疫機制，從而引起效應蛋白觸發的敏感性。

　　分泌性蛋白(secreted protein)，包括細胞壁糖蛋白和效應蛋白，都是在內質網(ER)中合成，在那里它們經常發生N-糖基化和/或O-糖基化。N連接的蛋白質糖基化，是在酶的控制下，蛋白質或脂質附加上糖類的過程。在糖基轉移酶作用下將糖轉移至蛋白質，和蛋白質上的氨基酸殘基形成糖苷鍵。蛋白質經過糖基化作用，形成糖蛋白。糖基化是對蛋白重要的修飾作用，有調節蛋白質功能的作用。

　　在高等真核生物中，N-連接的蛋白質糖基化已經被廣泛研究。例如在哺乳動物中，N糖基化參與細胞粘附、分子運輸和清除、受體激活、信號轉導和內吞作用，對人體健康和疾病非常的重要。在較高等的植物中，研究人員已經廣泛確認了參與蛋白質N糖基化的酶，并發現其在植物發育和生理的多個方面起重要作用。

　　真核細胞中的蛋白質N-糖基化，是在兩種不同的細胞器內完成，分別為內質網和高爾基體，首先參與N-聚糖的生物合成。N-聚糖的生物合成，從一種 Man5-GlcNAc2蛋白的聚集開始，這種蛋白與ER胞質一側的多萜醇磷酸酯(dolicholphosphate)連接在一起。這種蛋白翻轉到ER 腔的一側，不同的糖基轉移酶會逐步地將4個Man和3個Glc殘基添加到這個部位。然后，寡糖轉移酶復合物將寡糖Glc3Man9GlcNAc2糖基全體轉移到分泌性蛋白的特定Asn殘基上。一旦糖蛋白發生折疊和寡聚體化，它們就被轉移到高爾基復合物中，進行進一步的N連接聚糖修飾。

　　芽殖酵母釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiaehas)已被用作研究真核細胞N-聚糖合成的模型。利用缺陷突變體對N-聚糖生物合成的研究，已經描述了ASPARAGINE- LINKED GLYCOSYLATION(ALG)基因的特性。例如，酵母alg突變體，在供體基底的生物合成或脂質相關的低聚糖裝配方面存在缺陷，研究人員利用其來探究N-糖基化的功能。將參與N-糖基化最早步驟的一些ALG刪除，可導致致命的或極其嚴重的表型和低糖基化蛋白質分泌，從而表明N-連接的糖基化具有重要的生物學意義。在白色念珠菌(Candida albicans)中，N-糖基化對于在細胞-細胞互動、粘附和宿主免疫應答反應中起關鍵作用的某些蛋白結構和功能非常重要。

　　然而，N-糖基化在絲狀真菌的致病機理中所起的作用，基本上還是未知的。到目前為止，只有三項針對玉米黑粉菌(Ustilago maydis)和葉枯菌(Mycosphaerella graminicola)中糖基化相關突變體的報道，認為N-糖基化與植物病原真菌的發病機理有關。然而，這些研究并沒有描述其背后的根本機制，因此，為何N-糖基化對于真菌發病機制如此重要，仍然還不清楚。

　　水稻枯萎病，由絲狀真菌稻瘟菌(Magnaporthe oryzaeand)引起，是全球最具破壞性的一種栽培稻病害。病原真菌通過分生孢子附著到植物表面而引發感染。然后，分生孢子萌芽，發芽管頂端發育成一個圓頂形結構，稱為附著胞(appressorium)，在附著胞中產生了高膨壓。分裂素激活的蛋白激酶和cAMP依賴性蛋白激酶A信號通路，對于附著胞的形態形成和滲透都是必不可少的。在滲透后，病原菌以活體營養的方式占據宿主細胞，稀薄的主要滲透菌絲會分化成球根狀和分枝狀感染菌絲(infection hyphae，IH)。IH具有一個帽狀結構，稱為活體營養界面復合物，其參與胞質效應蛋白到植物細胞的釋放過程。最近，有研究證明，一種分泌性LysM 蛋白(Slp1)，在稻瘟病中發揮效應蛋白的功能，通過在質外體中結合幾丁質寡糖抑制宿主免疫力，從而阻止幾丁質誘導子結合蛋白(CEBiP)的激活作用。

　　在這項研究中，研究人員發現，ALG3介導的效應蛋白Slp1的N-糖基化，對于其在稻瘟病菌中的活性至關重要。ALG3編碼一個α-1,3-甘露糖轉移酶用于蛋白質N-糖基化。刪除ALG3可抑制菌絲的繼發感染，并顯著降低毒性。研究人員觀察到，Δalg3突變體可在宿主細胞內誘導活性氧的大規模生產，其方式與Δslp1突變體類似，這是抑制突變體感染菌絲的一個關鍵因素。Slp1會隔離幾丁質寡糖，來避免被水稻幾丁質誘導子結合蛋白CEBiP的識別和先天免疫反應的誘導，包括活性氧生產。

　　這項研究指出，Slp1有三個N-糖基化位點，同時Alg3介導的每個位點的N-糖基化作用，是保持蛋白質穩定性和Slp1幾丁質結合活性所必不可少的，這對于其效應蛋白的功能非常關鍵。這些結果表明，Alg3介導的Slp1蛋白N-糖基化作用，對于稻瘟病菌逃避宿主的先天免疫至關重要。