拟南芥非典型Gα蛋白XLG2在植物免疫中作用机理研究

• 作 者: 梁祥修
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 植物免疫 受体激酶 鞭毛蛋白 XLG2蛋白 磷酸化修饰 G蛋白 拟南芥

植物细胞在受到病原菌入侵后能够识别病原菌的入侵并激活相应的免疫反应。而植物对病原菌的识别主要是通过识别病原菌的一些特征性分子模式，如来自细菌的鞭毛蛋白，我们将这些特征性的分子模式称之为病原菌相关的分子模式（PAMP），细菌鞭毛蛋白是研究最为清楚的PAMP之一。鞭毛蛋白中22个保守的氨基酸(fig22)能够被位于质膜上的鞭毛蛋白受体FLS2所识别并激活下游免疫反应，由此引起的免疫反应称之为模式诱导的免疫反应(Pattern-Triggered Immunity, PTI)，这些免疫反应包括MAPK信号通路的激活、钙离子的内流和活性氧的爆发等。　　植物细胞中异源三聚体G蛋白是由α、β和γ三个亚基组成。拟南芥中有一个Gα(GPA1)，一个Gβ(AGB1)和三个Gγ（AGG1、AGG2和AGG3）。异源三聚体G蛋白广泛参与植物细胞各种生命活动。除了典型的三聚体G蛋白外，拟南芥中还存在另外一类由XLG1、XLG2和XLG3组成的非典型的G蛋白，XLG蛋白的C端与典型的Gα蛋白(GPA1)有很高的同源性，同时它还有一个很长的N端，所以被称为XLG蛋白(ExtraLarge G protein)。之前的研究报道AGB1、AGG1和AGG2参与并调节植物PTI免疫反应，而GPA1在PTI信号传导中并没有作用。G蛋白参与植物免疫的调节机制目前尚不清楚。　　为深入对植物PTI免疫反应的研究，前期通过遗传筛选，获得了xlg2突变体，突变体中fig22诱导的活性氧爆发有明显的降低。本文研究发现在xlg2和agb1突变体中flg22诱导的活性氧爆发和免疫抗性激活都有明显的降低，在突变体中fig22诱导的下游免疫基因的表达也受到广泛的影响。蛋白免疫共沉淀实验证实XLG2和AGB1蛋白在细胞内存在蛋白互作，说明XLG2和AGB1共同参与对PTI免疫反应的调节，同时本研究发现XLG2的同源基因XLG3在PTI免疫反应中也发挥一定的作用，XLG2发挥更为主要的作用。　　通过蛋白质谱和免疫共沉淀等生化实验手段，发现XLG2能够和鞭毛蛋白受体FLS2以及FLS2受体复合体中的重要组分BIK1蛋白激酶和RbohD蛋白有直接的互作。在fig22处理后XLG2蛋白的N端Ser141、Ser148、Ser150和Ser151位会迅速发生磷酸化修饰，XLG2蛋白的磷酸修饰依赖于BIK1及其同源蛋白，体外实验证实BIK1能够磷酸化XLG2蛋白的Ser150。通过在xlg2突变体背景的转基因实验证明XLG2蛋白的磷酸化位点对于XLG2蛋白功能是必需的。　　fig22诱导的活性氧爆发是由位于膜上的NADPH氧化酶RbohD蛋白控制的，而BIK1能够通过磷酸化RbohD来调控其活性，进一步的研究发现XLG2和AGB1蛋白能够影响BIK1蛋白在细胞内的积累，在xlg2 xlg3和agb1突变体中BIK1蛋白的积累有明显的降低。XLG2和AGB1通过影响BIK1蛋白的积累进一步影响RbohD蛋白的磷酸化，从而影响flg22诱导的活性氧爆发。这些结果表明XLG2、AGB1和AGG很可能组成特异参与免疫反应的异源三聚体G蛋白，通过调控免疫复合体中的成员BIK1和RbohD，进而控制植物免疫的激活。　　综合本文研究，我们发现拟南芥XLG2蛋白能够与AGB1蛋白结合在一起参与免疫反应，结合之前的研究，我们认为XLG2和AGB1很可能和AGG蛋白组成新型三聚体G蛋白参与植物免疫。并且我们发现XLG2能够作为FLS2受体复合体的重要组分在植物PTI免疫信号传导过程中发挥作用。