中國科學(xué)院揭示高空氣濕度抑制植物免疫和促進(jìn)病害的新機(jī)制

2023年9月20日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《The EMBO Journal》在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究員團(tuán)隊題為“High air humidity dampens salicylic acid pathway and NPR1 function to promote plant disease”的研究論文。該研究揭示了高空氣濕度抑制植物防御途徑的新機(jī)制，為長期觀察到的空氣濕度對病害的影響提供了新見解。

研究發(fā)現(xiàn)，高空氣濕度相比較低濕度會誘發(fā)植物的一系列生理反應(yīng)，高濕度條件下接種丁香假單胞菌后植物更感病，且植物防御基因表達(dá)也受到高濕度的影響。通過研究高空氣濕度對植物不同免疫信號通路（包括PTI通路、茉莉酸通路和水楊酸通路）的影響，發(fā)現(xiàn)高濕度下植物體內(nèi)水楊酸的積累和信號傳導(dǎo)受到抑制。進(jìn)一步對高濕度下水楊酸信號傳導(dǎo)通路各組分的研究，發(fā)現(xiàn)高濕度條件下NPR1蛋白的泛素化程度降低，并且與靶基因啟動子的結(jié)合親和力也減弱，表明在高空氣濕度下NPR1蛋白呈現(xiàn)“低活性”狀態(tài)。早期研究發(fā)現(xiàn)NPR1蛋白的泛素化與Cullin3蛋白介導(dǎo)的Cullin-RING E3泛素連接酶相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，高濕度下植物細(xì)胞整體泛素化水平顯著下降，并且低空氣濕度下，擬南芥cul3a/b突變體植物表現(xiàn)出了類似高空氣濕度下觀察到的低NPR1蛋白泛素化水平、低SA基因表達(dá)和更加感病的表型。此外，NPR1蛋白泛素化的減少會引起其降解速率減慢，導(dǎo)致NPR1蛋白在細(xì)胞核中過度積累，有可能阻礙NPR1的功能并抑制SA響應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄。