近日，我校生命科學(xué)學(xué)院李劍峰教授團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant（IF＝10.8）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Type-II metacaspases mediate the processing of plant elicitor peptides in Arabidopsis”的研究論文。該研究揭示了擬南芥II型metacaspase （MC）蛋白酶介導(dǎo)的PROPEP加工機(jī)制和免疫功能。生命科學(xué)學(xué)院博士后沈文忠和2017級(jí)碩士生劉玖爾為該論文的并列第一作者，李劍峰教授為通訊作者。

和動(dòng)物一樣，植物也能夠產(chǎn)生類(lèi)似促炎性細(xì)胞因子（如白介素1β）的免疫多肽而激活免疫。以擬南芥Pep1 (plant elicitor peptide 1) 為代表的Pep多肽發(fā)現(xiàn)于2006年，是一類(lèi)在植物中廣泛存在的內(nèi)源性免疫多肽，對(duì)應(yīng)其前體蛋白PROPEP的C端肽段。外源施加的Pep，能夠像細(xì)菌鞭毛激發(fā)子flg22多肽一樣，被植物細(xì)胞膜上的免疫受體識(shí)別而激活植物對(duì)致病菌的抗性。意外的是，近年來(lái)Pep信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還被發(fā)現(xiàn)參與了植物的耐鹽以及衰老等免疫之外的生理活動(dòng)。然而，PROPEP究竟如何被加工成Pep一直是一個(gè)懸而未決的關(guān)鍵問(wèn)題。

今年3月22日，來(lái)自比利時(shí)的Simon Stael團(tuán)隊(duì)在Science在線(xiàn)發(fā)表了題為“Damage on plants activates Ca2+-dependent metacaspases for release of immunomodulatory peptides”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)擬南芥細(xì)胞損傷能夠引發(fā)胞內(nèi)Ca2+濃度升高而導(dǎo)致蛋白酶metacaspase 4 （MC4）自激活，進(jìn)而介導(dǎo)PROPEP1的加工。

上述兩項(xiàng)研究從不同角度幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)II型MC蛋白酶介導(dǎo)PROPEP1的加工機(jī)制，但Stael團(tuán)隊(duì)認(rèn)為MC4是葉片中唯一介導(dǎo)PROPEP1加工的蛋白酶，而李劍峰團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)包括MC4在內(nèi)的多個(gè)II型MC家族蛋白酶在葉片PROPEP1的加工方面具有冗余功能。這兩項(xiàng)研究為理解Pep信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在植物免疫以及其它生理活動(dòng)中的功能及調(diào)控機(jī)制提供了新的認(rèn)知。

MC蛋白酶參與的植物Pep1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

基于上述發(fā)現(xiàn)，目前可大致勾勒出MC蛋白酶參與的植物Pep1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路如上圖所示：細(xì)菌鞭毛flg22通過(guò)受體FLS2/BAK1介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激活PROPEP1表達(dá)，產(chǎn)生的PROPEP1前體定位于液胞膜表面。flg22 同時(shí)引起細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度升高，后者促進(jìn)II型MC蛋白酶的自加工激活，進(jìn)而可對(duì)PROPEP1進(jìn)行加工。從液泡膜釋放的Pep1進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并通過(guò)未知的方式移動(dòng)到細(xì)胞間隙，并被PEPR受體識(shí)別后激活或強(qiáng)化植物免疫。

該研究獲得廣州市科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30264-3