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PAMP触发免疫的早期分子事件

作者：Cyril Zipfel

单位：The Sainsbury Laboratory, Norwich, UK.

摘要：在植物先天免疫中，微生物识别导致主动防御反应的第一道防线依赖于模式识别受体(PRRs)对病原体相关分子模式(PAMPs)的感知。这种识别导致了PAMP触发的免疫(PTI)。尽管植物能识别出大量的PAMP，但只有少数的PRR具有特征。对于大多数情况来说，它们对应于具有配体结合外结构域的跨膜蛋白。PRRs与额外的跨膜蛋白相互作用，作为信号适配器或放大器，以实现完整的功能。PRRs在抗菌免疫中的关键作用可以通过致病性毒力效应物直接靶向PRRs及其相关蛋白来证明。

关键词：PAMP； PTI；受体 ；PRRs

引言

植物对大多数微生物都有抵抗力，并且完全依靠先天免疫反应来进行防御。在植物中，诱导性免疫反应是由两个水平的微生物识别触发的。第一种是通过模式识别受体(PRRs)^[1]识别保守的微生物分子，称为病原体（或微生物）相关分子模式(PAMPs/MAMPs)。虽然免疫学家通常使用术语PAMPs，但术语MAMPs被认为是更准确的，因为它们并不局限于病原体^[2]。PAMP触发免疫(PTI)是植物先天免疫的关键。PRR突变体更容易受到微生物感染，而无法避免或抑制PTI的病原体不能引起疾病^[3]。在许多例子中，成功的病原体通过在外质体中分泌效应物或直接进入宿主细胞的细胞质中来抑制PTI，导致效应物触发的易感性^[3]。一些植物品种已经进化出了抗性蛋白(R蛋白)来直接或间接地识别特定的效应因子，从而导致效应器触发免疫(ETI)^[4,5]。这些事件反映了植物与其病原体之间的动态相互作用。

PRR一词有时被错误地用来指涉及植物先天免疫识别的任何蛋白质，无论它们是否识别 PAMPs 或效应器。PRR 这个术语应该只用来指那些能够直接识别大型微生物群体中保存的分子的受体。一个放大器的定义涉及到分子的守恒，或者说内部的表位，它指的是。在罕见的例子中，一些有毒的植物病原细菌能够通过在已识别的表位^[4]中的突变残基来掩盖对 PAMP (例如鞭毛蛋白)的识别。这反映了一种毒力策略进化成功的病原体除了效应分泌。换句话说，尽管几乎所有细菌的鞭毛蛋白都能被植物识别，但只有少数来自植物病原菌的鞭毛蛋白不能被识别。这无法与大多数效应器观察到的高度可变性(最常见的存在或不存在)相比^[6]。作为一个细胞表面受体也不足以定义 PRR。例如，在哺乳动物中，一些PRRs 是跨膜蛋白，而其他 PRRs 是细胞质蛋白^[7]。在植物中，虽然一些以前定义的R蛋白是跨膜蛋白^[8] ，但由于缺乏对其配体的身份或保护的认识(如果它们介导直接识别) ，使它们无法被分类为PRR 或“ true”R蛋白。在这篇综述中，我将总结和讨论最近有关植物 PRRs 的研究结果(图1)、它们与其他信号转导组件的关系，以及它们被致病毒力效应物直接靶向的情况。

焦点：模式识别受体PAMP被LRR受体激酶细菌鞭毛蛋白和FLS2识别

富亮氨酸重复受体激酶(LRR-RK)FLS2感知细菌鞭毛蛋白，或存在于其n端^[1]的保守flg22表位的衍生物。同时也存在于拟南芥(At)、番茄、本氏烟草和水稻中的FLS2功能同源物[^1,9]。FLS2有助于细菌的抗性，因为拟南芥和本氏芥中缺乏鞭毛蛋白感知导致对强毒、弱毒性和非适应细菌^{[11,13,14,15]}的敏感性增强。FLS2直接与Flg肽结合，并具有识别特异性^[10,12,16]。虽然AtFLS2的LRRs9-15有助于flg22的结合和响应性^[16]，但其确切的结合位点仍不清楚。需要对FLS2/flg22复合物的结构进行研究来确定精确的flg22结合位点。水稻能识别全叶叶鞭毛蛋白^[17]，而据报道单子叶植物对flg22^[18,19]不敏感。然而，最近的研究结果表明，flg22诱导水稻^[9]的防御反应较弱。

同样，人们普遍认为PTI不会触发细胞死亡，这是与ETI的主要区别。然而，来自非适应细菌的全长鞭毛蛋白诱导番茄、烟草和水稻^[20]细胞死亡。最近的研究表明，在拟南芥中，使用不同的鞭毛蛋白和flg22肽处理会导致FLS2依赖的细胞死亡，最终推翻了这一明显的信条^[21]。鞭毛蛋白的其他部分和或其糖基化状态也可能被识别为^[22]，但目前尚不清楚这是否也依赖于FLS2。

细菌EF-Tu和EFR

拟南芥LRR-RKEFR识别细菌延伸因子Tu(EF-Tu)或保守的elf18肽的衍生物，对应于保守的18个n端残基^[23]。EFR属于LRR-RKs的LRRXII亚科。虽然大多数植物对鞭毛蛋白有反应，但EF-Tu的敏感性似乎仅限于十字花科的^[24]。EFR对细菌耐药性的重要性很明显，因为拟南芥efr突变体对农杆菌^[23]更敏感，对丁香假单胞菌更敏感。番茄(Pto)DC3000(Zipfel实验室未发表的数据)。

Xa21是PRR吗？

水稻LRR-RKXa21对水稻黄单胞菌具有抗性。可能通过激活ETI^[25]而携带AvrXa21的稻瘟病菌株菌株。虽然Xa21在14年前就被发现了，但AvrXa21的身份仍然难以捉摸。最近对XooRax(Avr21活性所需)基因的分析显示，AvrXa21是一种新型的1型分泌肽，在所有被测试的黄单胞菌菌株中都高度保守，其生产由双双组分调节系统^[26,27](P.Ronald，个人通信）AvrXa21的保守性和XA21受体的性质表明，AvrXa21/Xa21是一个PAMP/PRR识别系统。

PEPR1：DAMP受体

除了 PAMPs 之外，动植物细胞还可以识别受损寄主细胞中的分子，而这些分子通常是无法识别的。这些损伤相关的分子模式(DAMPs)被释放并且认识到微生物的攻击^[28]。从植物细胞壁释放的多糖(例如寡聚半乳糖醛酸，或OGs) ，以及一些内源肽对植物有抑制作用^[29]。在拟南芥中，23-aa 肽 atpep1来源于92-aa 前体蛋白 atpropep1^[30]的 c 端。拟南芥中含有6种 propep1基因，表现出不同的转录调控和潜在的组织特异性。利用 atpep 肽诱导防御基因表达和前肽1过表达，增强了对真菌根部致病菌的抵抗力。Lrr-rk pepr1直接识别 pep1和可能的其他四种副唾液^[31]。通过 PAMPs 诱导 atpep/pepr1感知系统可以提供一个积极的放大环，从而快速而有力地抵御入侵者^[32,33]。为了挑战这个模型，需要检验 AtPep 和 PEPR1突变体对病原体的 PAMP反应性和耐受性。

通过受体样蛋白识别PAMP

受体样蛋白(RLPs)是一种具有细胞外LRRs的跨膜蛋白，这是一个较短的胞质尾巴，但缺乏胞内信号域^[34]。RLPs可能与RKs共同工作，在植物发育过程中，RLPsCLV2和TMM分别与RKsCRN和ER一起在分生组织维持和气孔分化中发挥作用。

到目前为止，唯一参与典型PAMP感知的RLP是番茄真菌乙烯诱导木聚糖酶(EIX)^[37]的受体，由LeEIX1/2基因编码。虽然LeEIX1/2都能够独立结合EIX，但只有LeEIX2在烟草中短暂表达时才能转导信号。

在拟南芥中使用反向遗传方法，有一些额外的RLPs与先天免疫有关。例如，几丁质诱导的RLP52基因的突变体对适应和非适应的白粉病^[38]更敏感，而atrlp30和可能的atrlp18突变体对非适应的丁香假单胞菌pvPseudomonas syringae pv. phaseolicola 1448A更敏感[34]。

碳水化合物GBP的识别

大豆可溶性葡聚糖结合蛋白(GBP)感知植物分支1,6-1,3-b-葡聚糖^[39]。GBP具有1,3-b-葡聚糖酶活性，在与植藻的初始接触中可能释放低聚糖苷片段。GBP可能与一种尚未被鉴定的跨膜蛋白相互作用。

CeBiP：甲壳素结合蛋白

几丁质是一种n-乙酰氨基葡萄糖胺的b-1,4联线性聚合物，是大多数高等真菌细胞壁的主要成分。由几丁质衍生的N-乙酰甲壳寡糖是几种植物的有效PAMP。水稻几丁质结合蛋白CEBiP是一种具有两个胞外LysM基序^[40]的跨膜蛋白。与RLPs类似，CEBiP缺乏一个细胞内信号域。水稻中CEBiP的沉默降低了几丁质的结合和响应性，表明它构成了几丁质PRR。

不仅仅是为了几丁质！

在水稻中鉴定出CEBiP后不久，通过反向遗传研究发现，含有三个胞外LysM基序的拟南芥RKCERK1被鉴定为几丁质反应所必需的^[41,42]。因此，拟南芥cerk1突变体对适应的真菌和芸苔类真菌更敏感^[41,42]。出乎意料的是，拟南芥cerk1突变体也更对适应的细菌PtoDC3000[43]敏感，这表明cERK1并不局限于几丁质感知。LysM基序结合了各种类型的携带n-乙酰氨基葡萄糖部分的分子，如几丁质、Nod因子和肽聚糖(PGs)^[44,45]。细菌不产生几丁质，PtoDC3000也不产生Nod因子。然而，拟南芥识别细菌PGs^[46,47]。然而，cerk1突变体对PGs的反应性没有受损(SGimenez-Ibanez和JRathjen)。因此，赋予cerk1介导的细菌耐药性的PAMP(s)的身份仍有待确定。

寻找合作伙伴：在质膜上的复合物形成BAK1：一个普遍存在的信号适配器

显然，RKs具有将细胞外识别事件转导为细胞内信号级联所需的所有结构域。然而，最近已经清楚，一些LRR-RKs需要其他LRR-RKs才能实现完整的功能。仅包含5个LRRs的LRR-RKBAK1/SERK3最初被鉴定为LRR-RKBRI1的相互作用子，该BRI1识别植物激素油菜素内酯(BL)^[48]。FlS2和BAK1在Flg22处理后2分钟内齐聚，这是最早的反应之一^[49,50]。同样，零bak1突变体对flg22(和其他PAMP)的敏感性较低，但在flg22结合中不受影响^[49,50,51]。本氏菌中BAK1功能的缺失也会导致对细菌CSP22和植物藻INF1^[50]的反应性降低。bak1突变对elf18反应^[49]的影响较弱，表明EFR可能优先与另一个成员相互作用BAK1/SERK3所属的SERK家族。空的bak1突变体对BL或flg22并非完全不敏感，这表明受体复合物可能涉及其他蛋白质。同样，BRI1也与SERK1和BKK1/SERK4^[48,52]相互作用。FLS2-BAK1复合物是否包含额外的SERKs仍有待证实。

BAK1与BKK1/SERK4蛋白一起，也控制细胞死亡，因为bak1缺失突变体显示出不受控制的病原体诱导的细胞死亡，而bak1/bkk1双突变体植株在苗期因构成性坏死^[52-54]而死亡。

这些研究表明，BAK1作为一种可招募的信号适配器，用于几种LRR-rk蛋白生长、bl-独立的先天免疫反应和细胞死亡控制的作用。最近的一项关于BL响应的研究表明，BAK1本身并不是一个下游的信号传感器，而是作为一个信号放大器^[55]。在BL结合时，BRI1自磷酸化自身并通过转磷酸化激活BAK1，随后通过BRI1相互转磷酸化导致信号输出增强。该模型是否也适用于FLS2/BAK1和其他serk还需要研究。

CERK1：一个可能的bak1独立的PAMP响应的适配器？

研究发现，CERK1在抗真菌和抗菌免疫中都是必需的^[41,42,43]提出了这

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