近期，武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室和湖北省洪山实验室胥国勇教授课题组在Cell Host & Microbe期刊上在线发表了题为“Alleviating Protein-Condensation-Associated Damage at the Endoplasmic Reticulum Enhances Plant Disease Tolerance”的研究论文。该研究建立了病害耐受性实验体系，揭示了减轻蛋白质团聚体（protein condensates）对内质网脂质代谢稳态造成的损伤可以提高植物病害耐受性的分子机制，为进一步挖掘病害耐受性基因应用于作物育种提供了新的研究思路。

       高等研究院博士生唐枝娟、史少松和牛瑞霞为该论文第一作者，胥国勇教授为通讯作者。武汉大学陈素明教授、荷兰莱顿大学Pingtao Ding教授，武汉大学牟锐博士、周雨露博士、王昭、付蓉蓉参与了该项工作。中国科学院遗传与发育研究所周俭民研究员、清华大学刘玉乐教授、密西根大学Libo Shan教授、华中农业大学谢甲涛教授以及南京农业大学孔亮教授提供了相关实验材料。

       抗病性（disease resistance）和耐受性（disease tolerance）是宿主固有的两种防御策略（defense strategy）。抗病性通过阻止、限制和杀死病原物的方式保障植物健康。而耐受性则不通过限制病原物的繁殖来保护组织健康。经过中外科学家几十年的不懈努力，针对活体型和半活体型病原物的抗病性防御策略分子机制得到了深入解析。尽管自1894年以来，植物病理学家和育种学家就已经描述了作物对病害的耐受性现象，以及不同品种之间在耐受性程度上的显著差异，但植物病害耐受性的分子、细胞和遗传学基础仍然不清楚。

       该课题组前期研究揭示了Hematopoietic protein-1（HEM1）含有植物特有的团聚体结构域，并作为重要的翻译调控因子精准控制免疫基因的表达。后续研究意外发现高浓度PsmES4326感染3天后野生型拟南芥叶片大部分黄化，而hem1突变体却表现为“无症状”（asymptomatic），且半数hem1叶片在感染10天后仍保持绿色。hem1可耐受丁香假单胞菌致病变种、番茄致病变种和野油菜黄单胞菌，说明耐受性具有一定的广谱性。进一步深入研究揭示，在感染过程中，HEM1会形成大量内质网定位的团聚体，并且这些团聚体会加速组织损伤。通过筛选与HEM1在内质网上相互作用的应激反应跨膜蛋白，发现Bax-inhibitor 1（BI-1）与HEM1存在相互作用。研究表明，BI-1与HEM1通过各自的相分离行为在内质网区域形成团聚体，BI-1激活细胞自噬来清除这些团聚体。然而BI-1同源基因三重突变体bi-1a/b/c却表现出了对PsmES4326耐受性增强的表型，与hem1表现一致。转录组分析表明bi-1a/b/c和hem1很可能通过控制脂质代谢相关基因的表达呈现类似的耐受性表型。当施用脂质代谢抑制剂FB1和S-metolachlor时，hem1和bi-1a/b/c突变体对PsmES4326的耐受性均被逆转，这表明了脂质代谢稳态在建立耐受性中的重要作用。由于BI-1与很多脂质代谢酶相互作用，在免疫激活过程中，其一方面激活细胞自噬来清除蛋白质团聚体，另一方面也会将功能性脂质代谢酶带入团聚体中破坏脂质稳态。因此，不形成团聚体的hem1突变体或者无法介导脂质代谢酶进入团聚体的bi-1a/b/c突变体则表现为无症状，表明植物细胞在应对感染时具有复杂的调控网络。

HEM1和BI-1调控病害耐受性的分子机制示意图

       相关工作得到了农业生物育种重大项目、湖北洪山实验室重大项目、湖北省重点研发项目、国家自然科学基金委和中央高校基本科研业务费的资助。

       论文链接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(24)00272-5

       新闻链接：https://news.whu.edu.cn/info/1015/464957.htm