身边科学家成功科研故事--Cell子刊:武汉大学吕应堂课题组发表植物免疫研究论文

2017年2月8日,国际著名学术杂志《Cell》子刊、著名病原微生物学期刊《Cell Host Microbe》杂志在线发表了武汉大学生命科学学院吕应堂教授课题组在植物免疫研究方面的最新成果,论文题目为CATALASE2 Coordinates SA-Mediated Repression of Both Auxin Accumulation and JA Biosynthesis in Plant Defenses(过氧化氢酶2在植物抗病中协调了水杨酸介导的对生长素和茉莉酸合成的抑制)。吕应堂教授课题组的袁红梅和刘文成为共同第一作者,吕应堂教授为论文通讯作者。

在与病原菌互作的长期进化中,植物产生了非常复杂的免疫途径来分别抵抗寄生性和腐生性病原菌的感染。其中,植物过氧化氢(H2O2)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和生长素(auxin)具有重要作用;但是过氧化氢如何参与调控植物免疫以及SA如何拮抗JA并不清楚。课题组发现寄生性病原菌感染诱导植物积累的SA能通过过氧化氢酶CATALASE2(CAT2)调控JA和auxin的生物合成。一方面,SA抑制CAT2活性,导致植物体内H2O2的升高,再通过H2O2修饰auxin合成中的关键酶色氨酸合成酶?亚基1(TSB1)第308位半胱氨酸来降低生长素的合成,以此增强对寄生性病菌的抗性;另一方面,SA还可阻碍CAT2与参与JA合成酶酰基辅酶A(ACX2和ACX3)的互作,抑制CAT2的促进作用,从而降低JA的合成,协调植物对不同病原菌的免疫反应。该研究通过生化、遗传、病理和分子生物学等实验证明植物能利用CAT2感受病菌感染后的SA积累的变化,协调植物激素auxin和JA合成和积累。揭示了植物抗病过程中SA、JA和auxin的协调机制,对深入理解植物与病原菌的互作机制、改良农作物对生物胁迫的抵抗有重要意义。美国科学院院士,杜克大学教授Xinnian Dong博士同期撰写专评指出:“支持CAT2作为SA受体的遗传和生化证据终于出现”。

CAT2在植物抗病中协调IAA和JA的机制

原文链接:

CATALASE2 Coordinates SA-Mediated Repression of Both Auxin Accumulation and JA Biosynthesis in Plant Defenses

原文摘要:

Plants defend against pathogen attack by modulating auxin signaling and activating the salicylic acid (SA) and jasmonic acid (JA) signaling pathways. SA and JA act antagonistically in resistance to specific pathogen types, yet how plants coordinate these phytohormones remains elusive. Here we report that biotrophic-pathogen-induced SA accumulation dampens both auxin and JA synthesis by inhibiting CATALASE2 (CAT2) activity in the model plant Arabidopsis. SA suppression of CAT2 results in increased H2O2 levels and subsequent sulfenylation of tryptophan synthetase β subunit 1, thus depleting the auxin biosynthetic precursor tryptophan. In addition, we find that CAT2 promotes JA biosynthesis by facilitating direct interaction of the JA biosynthetic enzymes ACX2 and ACX3, and thus SA repression of CAT2 inhibits JA accumulation. As such, the cat2-1 mutant exhibits increased resistance to biotrophic pathogens and increased susceptibility to necrotrophic pathogens. Our study illustrates how CAT2 coordinates SA repression of auxin accumulation and JA biosynthesis in plant defense.