植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不斷受到各種病原菌的威脅，而在植物-病原菌長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，植物自身積累了豐富的潛在抗病資源。植物免疫的本質(zhì)是機(jī)體識(shí)別‘自我’和‘非我’，當(dāng)植物遭到病原體侵襲后，植物作為宿主會(huì)識(shí)別‘非我’，并產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而引起一系列免疫反應(yīng)。目前，植物對(duì)DAMP(損傷相關(guān)的分子模式)的識(shí)別激發(fā)免疫已經(jīng)有一些報(bào)道，但是對(duì)于植物識(shí)別“自我”激發(fā)免疫的例子還少有報(bào)道。質(zhì)外體空間，作為植物與病原物相互作用的“前沿戰(zhàn)場(chǎng)”，其中更是蘊(yùn)含著豐富的免疫蛋白。盡管已有一些研究表明，在植物中表達(dá)、外施具有抗菌或誘導(dǎo)免疫活性的植物蛋白可有效減輕病害的發(fā)生，然而對(duì)于水稻外泌抗病蛋白的鑒定和作用機(jī)制的研究仍十分有限。

近日，Molecular Plant在線發(fā)表了植物保護(hù)學(xué)院丁新華教授團(tuán)隊(duì)題為“Recognition of the inducible, secretory small protein OsSSP1 by the membrane receptor OsSSR1 and coreceptor OsBAK1 confers rice resistance to the blast fungus”的研究論文。該研究揭示了一個(gè)水稻分泌小蛋白OsSSP1在稻瘟病菌侵染階段從細(xì)胞內(nèi)被分泌到質(zhì)外體空間中，被植物自身膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1所識(shí)別，激發(fā)植物免疫的分子機(jī)制。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，植物的這種對(duì)自身分泌蛋白的自我識(shí)別過(guò)程產(chǎn)生的抗性具有很好的廣譜性。該工作對(duì)豐富水稻廣譜抗性資源、控制水稻病害，保證糧食安全具有重要意義。

該研究首先發(fā)現(xiàn)，水稻一個(gè)外泌小蛋白OsSSP1 (Oryza sativa secretory small protein 1)在稻瘟病菌侵染過(guò)程中，可以被分泌到質(zhì)外體空間，激發(fā)植物免疫(圖1A-1F)。外源表達(dá)這一小蛋白可以在不影響水稻產(chǎn)量相關(guān)表型的情況下，顯著減輕稻瘟病的發(fā)病程度(圖1G)；且發(fā)現(xiàn)OsSSP1蛋白可在開(kāi)放環(huán)境中保存7天，仍具有很好的誘導(dǎo)抗性效果，暗示OsSSP1體外蛋白處理增強(qiáng)水稻抗病性具有可行性。進(jìn)一步通過(guò)構(gòu)建OsSSP1的過(guò)量表達(dá)(SSP1-OE)和CRISPR編輯(ssp1)株系發(fā)現(xiàn)，SSP1-OE在病菌侵染過(guò)程中具有更強(qiáng)的免疫反應(yīng)及對(duì)稻瘟病的抗性，ssp1株系則表現(xiàn)為較低的免疫反應(yīng)及更為感病(圖1H-1I)，表明OsSSP1正調(diào)控水稻對(duì)稻瘟病的抗性。

為了明確OsSSP1激發(fā)植物免疫的機(jī)理，研究團(tuán)隊(duì)篩選到與OsSSP1直接相互作用的兩個(gè)膜蛋白：膜受體OsSSR1以及共受體OsBAK1。通過(guò)雙分子熒光互補(bǔ)、熒光素酶互補(bǔ)成像以及Co-IP手段發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)OsSSP1與膜受體OsSSR1、OsBAK1的互作均發(fā)生在它們的胞外區(qū)域，且OsSSR1與OsBAK1也通過(guò)胞外部分互作(圖2A-2F)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，OsSSR1及OsBAK1的基因編輯株系中，由OsSSP1誘發(fā)的植物免疫及水稻抗病性均受到顯著影響(圖2G-2H)，說(shuō)明OsSSP1所激發(fā)的植物免疫依賴于膜受體OsSSR1以及共受體OsBAK1。

OsSSP1所編碼的蛋白屬于DIR蛋白家族，與木質(zhì)素及木脂素合成相關(guān)。但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，OsSSP1并不參與木質(zhì)素及木脂素的合成，這也是對(duì)DIR蛋白家族功能上的一個(gè)擴(kuò)充。

鑒于已發(fā)現(xiàn)的能夠誘發(fā)植物免疫反應(yīng)的激發(fā)子主要來(lái)源于病原菌，而該研究所發(fā)現(xiàn)的水稻外泌小蛋白OsSSP1可以被植物自身膜受體蛋白OsSSR1及共受體OsBAK1識(shí)別，激發(fā)植物免疫，從而增強(qiáng)植物對(duì)病害的抵抗能力(圖3)，因此是對(duì)植物免疫防御策略的新的擴(kuò)充。同時(shí)，該蛋白的體外表達(dá)具有較好的穩(wěn)定性及誘導(dǎo)抗性效果，且其過(guò)量表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株對(duì)稻瘟病菌不同田間生理小種及其他主要水稻病害均具有較好抗性，不僅進(jìn)一步豐富了水稻抗病的相關(guān)材料，也為基于外泌抗病蛋白的病害防治新策略建立奠定了理論基礎(chǔ)。

圖1 水稻外泌蛋白OsSSP1可以被分泌到質(zhì)外體空間內(nèi)激發(fā)植物免疫并增強(qiáng)水稻抗病能力

圖2 OsSSP1介導(dǎo)的植物免疫激發(fā)及抗病性依賴于膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1

圖3 水稻OsSSP1被膜受體OsSSR1及共受體OsBAK1識(shí)別增強(qiáng)植物廣譜抗病的工作模型

植物保護(hù)學(xué)院碩士研究生趙天楓為論文的第一作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院尹梓屹教授、李洋副教授以及丁新華教授為論文的共同通訊作者。研究受到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者工程計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波