文獻背景
蚜蟲是具破壞性的農業和園藝害蟲，以韌皮部為食，超過40%的植物病毒依靠蚜蟲傳播來感染植物，因此對作物生產造成了大規模的破壞。蚜蟲侵害會誘導植物釋放包含水楊酸甲酯（MeSA）、水楊酸結合蛋白-2（SABP2）、轉錄因子NAC2和水楊酸-羧甲基轉移酶-1（SAMT1）在內的VOCs。MeSA在植物防御蚜蟲等草食性昆蟲侵害中發揮重要作用，包括驅除昆蟲、吸引捕食者或降低昆蟲的生存適應性等方式。MeSA被認為是植物內部和長距離移動信號，參與誘導對微生物病原體和食草昆蟲的系統獲得性抗性（SAR）。在SAR過程中，水楊酸（SA）在病原體感染的細胞中積累，并通過SAMT1轉化為MeSA；然后，MeSA通過韌皮部進入遠端組織，隨后在未侵染葉中被SABP2重新轉化為SA。雖然已知MeSA作為植物內SAR信號的功能，但MeSA如何作為植物間通訊的信號激活AD抗蚜蟲防御是一個長期未解決的問題。植物是否擁有識別和感知空氣中MeSA的受體也不清楚。此外，蚜蟲和病毒能否干擾植物氣傳性免疫也未知。本研究揭示了AD的分子機制和蚜蟲-病毒共同進化的共生關系，證明AD是控制蚜蟲和病毒的潛在仿生策略。
基本信息
Molecular basis of methyl-salicylatemediated plant airborne defence
期刊：
Nature
影響因子：64.8
通訊作者：
劉玉樂
作者單位：
清華大學等
索萊寶合作產品：
產品貨號 | 產品名稱 |
IB0100 | 6-芐(xia)氨基喋呤（6-BA） |
IA1310 | 腺(xian)苷-5'-三磷酸(suan) |
N8010 | α-萘乙酸（NAA） |
摘要
蚜蟲是具破壞性的作物害蟲之一，被蚜蟲侵害的植物會釋放揮發性化合物，以引起鄰近植物的氣傳性免疫（AD）。本文揭示了MeSA、SABP2、轉錄因子NAC2和SAMT1形成了信號通路來介導鄰近植物針對蚜蟲和病毒的AD。空氣中MeSA能夠被MeSA受體蛋白水楊酸結合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知并轉化為水楊酸（salicylic acid, SA）。水楊酸引起信號轉導級聯反應，SA激活轉錄因子NAC2，上調水楊酸羧基甲基轉移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表達，激活NAC2-SAMT1模塊從而產生更多的MeSA，誘導植(zhi)物(wu)的抗蚜(ya)蟲(chong)(chong)免(mian)疫，從(cong)而降低病(bing)(bing)毒(du)的傳(chuan)(chuan)(chuan)播。一(yi)些蚜(ya)蟲(chong)(chong)傳(chuan)(chuan)(chuan)播病(bing)(bing)毒(du)比如黃瓜(gua)花葉病(bing)(bing)毒(du)、馬鈴薯(shu)Y病(bing)(bing)毒(du)等能夠編(bian)碼含有(you)解(jie)旋(xuan)酶結構域的蛋(dan)白質，通(tong)過與(yu)NAC2蛋(dan)白相互作用(yong)來(lai)抑(yi)(yi)制AD，改(gai)變NAC2蛋(dan)白的亞細胞定(ding)位，促進NAC2在細胞質中(zhong)被26S蛋(dan)白酶體降解(jie)，從(cong)而負調控NAC2-SAMT1通(tong)路，抑(yi)(yi)制MeSA的合成和(he)(he)揮發，阻斷植(zhi)物(wu)間“預警"通(tong)訊，促進蚜(ya)蟲(chong)(chong)對(dui)鄰近植(zhi)物(wu)的侵(qin)染和(he)(he)對(dui)病(bing)(bing)毒(du)的傳(chuan)(chuan)(chuan)播。本研究揭示了AD的分子機(ji)制和(he)(he)蚜(ya)蟲(chong)(chong)-病(bing)(bing)毒(du)共同(tong)進化(hua)的共生(sheng)關(guan)系，表明AD是一(yi)種潛在的生(sheng)物(wu)仿生(sheng)策略，可以(yi)控制蚜(ya)蟲(chong)(chong)和(he)(he)病(bing)(bing)毒(du)的傳(chuan)(chuan)(chuan)播。
研究內容及結果
作者通過免疫沉淀-質譜分析策略（IP-MS），成功鑒定了本氏豬籠草中黃瓜花葉病毒（CMV）的病毒發病機制過程中，核心蛋白CMV1a的相互作用蛋白組，并確定NAC2為CMV1a的重要相互作用因子，以進行后續實驗（擴展數據圖1a）。CMV1a-NAC2相互作用通過免疫共沉淀（co-IP）、雙分子熒光（BiFC）和熒光素酶互補成像（LCI）試驗進一步驗證（擴展數據圖1b-d）。為了評估NAC2是否影響CMV對NAC2.1/NAC2.2雙敲除（KO）突變株的感染，通過比較CRISPR-cas9基因編輯（擴展數據圖2a）產生的突變株（NAC2植株）和野生型（WT株）的感染結果，發現CMV感染導致NAC2突變株的癥狀更嚴重，病毒RNA和外殼蛋白（CP）的量更高（擴展數據圖1e-g）。用GFP標記的馬鈴薯病毒Y或GFP標記的TMV（TMV-GFP）感染的突變株和野生型植株中也有類似的結果（擴展數據圖1h-m）。這些數據表明，NAC2對植物抗病毒防御至關重要。 
擴展數據圖1
2. 證明NAC2通過MeSA介導AD對抗蚜蟲
作者在研究中注意到，在NAC2葉子上定植的綠桃蚜蟲數量比在WT葉子上的數量多得多，進一步研究了NAC2植株對蚜蟲吸引力的作用。作者進行了圓形培養皿和Y管嗅覺儀生物測定，發現NAC2植株比WT植株吸引了更多的蚜蟲，推測這可能是由空氣傳播信號介導的（擴展數據圖1n-o）。作者使用氣相色譜法與MS（GC-MS）相結合來鑒定蚜蟲侵襲的WT植株與NAC2植株釋放的揮發物。而MeSA是蚜蟲侵襲WT植株與NAC2植株產生差異的VOC，并且蚜蟲侵染后WT釋放的MeSA多于NAC2植株（擴展數據圖2e-h）。MeSA是有據可查的可誘發蚜蟲的VOC10-13主要揮發物。為了測試NAC2植株對蚜蟲吸引力的影響是否歸因于MeSA的揮發，研究人員使用GC-MS測量了對蚜蟲侵襲的WT植株在空氣中MeSA的排放率，發現每個蚜蟲侵襲的WT植株MeSA的排放率為34ng h?1（相當(dang)(dang)于每(mei)天排放0.816µg）（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)2f）。此(ci)外，研究人(ren)(ren)員(yuan)發(fa)(fa)現，含有(you)0.8µg MeSA/羊(yang)毛脂(zhi)處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)與蚜(ya)(ya)蟲(chong)侵(qin)襲的(de)WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)有(you)相似的(de)MeSA排放（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)2i，j）。因此(ci)，研究人(ren)(ren)員(yuan)使用(yong)(yong)0.8µg MeSA/羊(yang)毛脂(zhi)涂抹對(dui)(dui)植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)進行(xing)處(chu)(chu)(chu)理(li)，結(jie)果表明(ming)NAC2和(he)(he)WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)對(dui)(dui)蚜(ya)(ya)蟲(chong)表現出相似的(de)吸引(yin)(yin)力（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)1p，q）。然(ran)而(er)，當(dang)(dang)單獨用(yong)(yong)羊(yang)毛脂(zhi)或羊(yang)毛脂(zhi)與其他揮(hui)(hui)發(fa)(fa)物（如(ru)3,3-二甲(jia)基己烷）處(chu)(chu)(chu)理(li)時(shi)，NAC2植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)比(bi)WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)對(dui)(dui)蚜(ya)(ya)蟲(chong)更(geng)(geng)具吸引(yin)(yin)力（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)1r，s）。研究人(ren)(ren)員(yuan)將NAC2和(he)(he)WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)置于揮(hui)(hui)發(fa)(fa)性MeSA下24 h，然(ran)后(hou)通風(feng)(feng)2h，并比(bi)較了氣(qi)態MeSA如(ru)何影響(xiang)植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)對(dui)(dui)蚜(ya)(ya)蟲(chong)的(de)吸引(yin)(yin)力。在(zai)這樣(yang)的(de)條件下，WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)對(dui)(dui)蚜(ya)(ya)蟲(chong)的(de)驅避性更(geng)(geng)強（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)1t，u）。然(ran)而(er)，在(zai)通風(feng)(feng)和(he)(he)不進行(xing)揮(hui)(hui)發(fa)(fa)性MeSA處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)，NAC2植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)之間的(de)蚜(ya)(ya)蟲(chong)驅避性沒有(you)明(ming)顯(xian)差異（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu)1v，w）。此(ci)外，與未進行(xing)MeSA處(chu)(chu)(chu)理(li)時(shi)觀(guan)察到(dao)的(de)情況(kuang)一樣(yang)，在(zai)MeSA處(chu)(chu)(chu)理(li)下，與揮(hui)(hui)發(fa)(fa)性MeSA處(chu)(chu)(chu)理(li)隨后(hou)通風(feng)(feng)的(de)WT植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)相比(bi)，NAC2植(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)株(zhu)對(dui)(dui)蚜(ya)(ya)蟲(chong)的(de)吸引(yin)(yin)力仍然(ran)更(geng)(geng)大(da)（擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)數(shu)據圖(tu)(tu) 1x，y）。
為了解釋這種現象背后的原因（擴展數據圖1t-y），研究人員用揮發性MeSA處理NAC2或WT植株24 h，然后通風，量化接收植株（接收器）排放的揮發性MeSA。WT植株反而在空氣中釋放出更高水平的MeSA（圖1a，b）。隨后研究人員比較了蚜蟲MeSA接收植株與模擬WT植株在涂抹后的吸引力，所有植株都含有MeSA/羊毛脂，但發現它們在蚜蟲偏好方面沒有差異（圖1c，d）。此外，在用MeSA/羊毛脂涂抹NAC2和WT接收植株后，這些MeSA接收植株還同樣吸引蚜蟲（圖1e，f）。接下來，研究人員以蚜蟲侵襲的植物為發射植株（發生源），研究了NAC2植株在自然露天環境下AD的作用（圖3a）。在被吸汁蚜蟲感染后，WT植株不斷排放VOC MeSA（圖1g，h）。值得注意的是，NAC2接收植株釋放的MeSA波動性較低，但是當發生源受到蚜蟲攻擊時，與WT接收植株相比，其表現出對蚜蟲更高的吸引力（圖1i-l）。與鄰近的模擬發射植株相比，受蚜蟲侵染的WT相鄰接收植株對蚜蟲的驅避性更強，而與模擬蚜蟲攻擊發射植株相鄰的NAC2接收植株之間的蚜蟲驅避性沒有顯著差異（圖1m，n）。此外，在以接收植株喂食24小時后，WT中的蚜蟲存活率降低，但NAC2接收植株的存活率沒有降低（圖 1o，p）。這些結果表明，一旦感知到MeSA，鄰近接收植株中的MeSA生物合成是以NAC2依賴性方式調節進而介導可對抗蚜蟲的AD。
擴展數據圖2
; 圖1
3. NAC2激活SAMT1轉錄
接下來，研究人員開始探索NAC2和MeSA生物合成之間的分子遺傳機制。NAC2作為轉錄因子（擴展數據圖3b），可以定位于細胞核中（擴展數據圖3c）。隨后，研究人員對有和沒有蚜蟲喂食的WT和NAC2植株進行了RNA測序（RNA-seq）和比較轉錄組分析，并鑒定了許多潛在的NAC2調節差異表達基因（擴展數據圖4和補充表1和2），其中SAMT1的結果特別令人感興趣（擴展數據圖4e）。無論這些植物是否受到蚜蟲的侵襲，NAC2植株的SAMT1 RNA水平都低于WT植株（補充表1和2）。SAMT1將SA轉化為MeSA19，研究人員通過定量研究NAC2、HA-NAC2過表達和WT植株葉片組織中的SAMT1轉錄本，以評估NAC2是否通過調節SAMT1的轉錄表達。結果表明，與WT植株相比，NAC2植株的SAMT1 mRNA水平顯著降低，但HA-NAC2過表達植株的SAMT1 mRNA水平升高（擴展數據圖3d，e）。此外，熒光素酶報告基因實驗表明，NAC2增強了SAMT1啟動子控制下的報告基因的轉錄（擴展數據圖3f）。ChIP–qPCR、酵母單雜交和EMSA分析均表明，NAC2與SAMT1啟動子結合，并激活報告基因轉錄（擴展數據圖3g-i）。此外，NAC2的瞬時過表達增加了植物MeSA的產生（擴展數據圖 3j）。這些結果表明，NAC2-SAMT1模塊與植物MeSA生物合成的調控有關。
擴展數據圖3
擴展數據圖4
4. SA激活NAC2-SAMT1模塊引發AD
為了研究(jiu)NAC2是否通過激(ji)活(huo)SAMT1轉錄影響接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)MeSA的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)，研究(jiu)人(ren)員評(ping)估了不(bu)同處理條件下(xia)突變株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)NAC2、NahG和(he)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)NAC2和(he)SAMT1的(de)(de)(de)(de)mRNA水平（圖(tu)(tu) 2f）。蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)侵(qin)襲后，WT和(he)NAC2植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)SA水平升高程度相近(jin)(jin)，然(ran)而，細胞MeSA和(he)SAMT表達的(de)(de)(de)(de)增加(jia)僅在(zai)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)發(fa)現（圖(tu)(tu)2e-g）。在(zai)WT接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)和(he)NAC2接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)鄰(lin)近(jin)(jin)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)侵(qin)襲植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)也(ye)發(fa)現了類似的(de)(de)(de)(de)結(jie)果（圖(tu)(tu) 2h-j）。這些(xie)結(jie)果表明，NAC2是蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)定向誘(you)導(dao)或蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)介導(dao)的(de)(de)(de)(de)SAMT1表達和(he)揮發(fa)性MeSA產(chan)生(sheng)(sheng)所必需的(de)(de)(de)(de)。此外(wai)(wai)，外(wai)(wai)源(yuan)性SA上(shang)調了NAC2和(he)SAMT1在(zai)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)表達，但在(zai)NAC2突變株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)SAMT1 mRNA的(de)(de)(de)(de)表達水平未(wei)顯著(zhu)改變（圖(tu)(tu) 2k，l）。與NAC2突變株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)相比，外(wai)(wai)源(yuan)性SA也(ye)誘(you)導(dao)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)MeSA揮發(fa)性和(he)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)驅(qu)避(bi)性（圖(tu)(tu)2m–p），并(bing)增加(jia)SAMT1-KO植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)NAC2和(he)SAMT1轉錄本的(de)(de)(de)(de)水平（圖(tu)(tu) 2q；圖(tu)(tu)2b，c），samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)對(dui)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)引力也(ye)更強，而且在(zai)samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)外(wai)(wai)源(yuan)性SA不(bu)誘(you)導(dao)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)驅(qu)避(bi)（圖(tu)(tu)2r-t）。此外(wai)(wai)，暴露于蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)侵(qin)襲的(de)(de)(de)(de)samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)揮發(fa)性MeSA的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)減少(shao)（圖(tu)(tu)3a，b），在(zai)進一步的(de)(de)(de)(de)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)行(xing)為學實(shi)驗中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，研究(jiu)人(ren)員發(fa)現與鄰(lin)近(jin)(jin)模擬(ni)的(de)(de)(de)(de)WT接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)相比，鄰(lin)近(jin)(jin)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)侵(qin)襲的(de)(de)(de)(de)WT發(fa)射植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)WT接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)對(dui)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)的(de)(de)(de)(de)驅(qu)避(bi)性更強，然(ran)而，無論何時將這些(xie)發(fa)射植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)暴露于蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)侵(qin)襲中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，與NAC2或SAMT1發(fa)射植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)相鄰(lin)的(de)(de)(de)(de)WT接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)在(zai)蚜(ya)(ya)(ya)(ya)蟲(chong)(chong)驅(qu)避(bi)性方面都(dou)沒有(you)顯著(zhu)差異(yi)（圖(tu)(tu)3c-e）。這些(xie)結(jie)果進一步證實(shi)了MeSA作為植(zhi)(zhi)物(wu)AD中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)PPC信號(hao)的(de)(de)(de)(de)作用。總的(de)(de)(de)(de)來(lai)說，結(jie)果表明SA可以激(ji)活(huo)NAC2-SAMT1轉錄進而增加(jia)發(fa)射和(he)接(jie)收(shou)(shou)植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)揮發(fa)性MeSA的(de)(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)(sheng)。
作為一種SA結合蛋白，SABP2也可以與MeSA結合，這對于細胞內MeSA轉化為SA至關重要。因此，SABP2可以作為一種OBP樣受體，感知并將發射植株產生的揮發狀態MeSA轉化為SA以觸發NAC2介導的接收植株中的蚜蟲抗性。為了驗證這一想法，研究人員首先確認SABP2與SA結合（圖3f），通過競爭結合實驗驗證MeSA是否影響SABP2-SA的結合活性（圖3g）。在無MeSA的情況下，SABP2-[3H]SA（50 Ci mmol?1）結合力為100%。然而，在相同的實驗條件下，3nM和15nM的MeSA，SABP2對[3H]SA的結合活性分別降低到約74%和46%（圖3g）。因此，3nM的MeSA足以滿足用于[3H]SA與(yu)(yu)SABP2的(de)(de)(de)(de)競爭結合(he)(he)實(shi)驗，表(biao)明(ming)MeSA可以(yi)(yi)以(yi)(yi)生(sheng)理濃度與(yu)(yu)SABP2結合(he)(he)。隨(sui)后，研究人員建(jian)立了(le)SABP2-KO突(tu)變株(zhu)(zhu)（sabp2），并(bing)測(ce)試了(le)sabp2突(tu)變株(zhu)(zhu)與(yu)(yu)WT植(zhi)株(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)蚜(ya)蟲驅(qu)避(bi)(bi)性(xing)(xing)，用揮(hui)發性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)MeSA處理，然后進行通氣(qi)，揮(hui)發性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)MeSA處理可增加WT的(de)(de)(de)(de)蚜(ya)蟲驅(qu)避(bi)(bi)性(xing)(xing)和SA生(sheng)物合(he)(he)成，但(dan)對(dui)(dui)于sabp2突(tu)變株(zhu)(zhu)并(bing)沒(mei)有增加（圖(tu)3h-j和擴展圖(tu)2d）。此外，蚜(ya)蟲喂食WT發射植(zhi)株(zhu)(zhu)增加了(le)WT植(zhi)株(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)蚜(ya)蟲驅(qu)避(bi)(bi)性(xing)(xing)，但(dan)sabp2未增加（圖(tu)3k）。此外，外源性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)SA對(dui)(dui)WT和sabp2植(zhi)株(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)MeSA揮(hui)發性(xing)(xing)無(wu)顯著差異(yi)，表(biao)明(ming)SABP2對(dui)(dui)MeSA的(de)(de)(de)(de)釋放不是(shi)必須的(de)(de)(de)(de)（圖(tu)3l，m）。這些(xie)結果(guo)表(biao)明(ming)，SABP2確實(shi)是(shi)一種OBP樣(yang)受體，可以(yi)(yi)感知并(bing)將空氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)MeSA轉化為SA，引起NAC2介導(dao)的(de)(de)(de)(de)蚜(ya)蟲驅(qu)避(bi)(bi)性(xing)(xing)。
SAMT1是(shi)植(zhi)(zhi)物(wu)抗(kang)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)免(mian)(mian)疫所必需的(de)。為(wei)(wei)了(le)測試SAMT1是(shi)否(fou)為(wei)(wei)NAC2介(jie)(jie)導(dao)的(de)植(zhi)(zhi)物(wu)抗(kang)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)免(mian)(mian)疫中的(de)一(yi)(yi)個組(zu)成部分。研究人員敲低(di)（KD）samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中的(de)NAC2，使用基于(yu)煙草(cao)脆(cui)裂病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)（TRV）誘(you)導(dao)的(de)基因沉默(mo)產生nac2/samt1雙突變植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)。與(yu)(yu)NAC2突變株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)一(yi)(yi)樣，NAC2-KD植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)表(biao)現出正常生長，和(he)(he)對(dui)(dui)CMV和(he)(he)PVY的(de)高(gao)易感性(xing)（圖(tu)(tu)1e-j，擴(kuo)展(zhan)數據圖(tu)(tu)5a-e，h-l），表(biao)明病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)誘(you)導(dao)的(de)基因沉默(mo)NAC2-KD與(yu)(yu)NAC2-KO株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)有相似(si)性(xing)。然而，nac2/samt1和(he)(he)samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)表(biao)現出相似(si)程度的(de)CMV或PVY易感性(xing)（圖(tu)(tu) 5a-e，h-l）。此(ci)外(wai)，CMV感染增(zeng)強(qiang)了(le)植(zhi)(zhi)物(wu)細胞內MeSA水平（擴(kuo)展(zhan)數據圖(tu)(tu)5f）。在病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)感染期間，NAC2-KD、samt1和(he)(he)nac2/samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)未侵襲葉片產生相似(si)數量的(de)MeSA，但(dan)與(yu)(yu)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)相比，數量較(jiao)低(di)（擴(kuo)展(zhan)數據圖(tu)(tu)5g）。此(ci)外(wai)，作(zuo)者還研究了(le)外(wai)源性(xing)MeSA或SA在nac2、sabp2、samt1和(he)(he)WT不同植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中，MeSA是(shi)否(fou)以(yi)及如何通(tong)過NAC2介(jie)(jie)導(dao)植(zhi)(zhi)物(wu)抗(kang)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)防御。與(yu)(yu)WT植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)相比，nac2、samt1和(he)(he)sabp2植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)對(dui)(dui)CMV和(he)(he)PVY更易感（圖(tu)(tu)3n，o）。然而，外(wai)源性(xing)MeSA可以(yi)降低(di)nac2和(he)(he)samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)易感性(xing)，但(dan)對(dui)(dui)sabp2植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)無效（圖(tu)(tu) 3n，o），可能(neng)是(shi)由于(yu)WT、nac2和(he)(he)samt1植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)中的(de)MeSA轉化為(wei)(wei) SA。外(wai)噴(pen)SA也可以(yi)降低(di)nac2、samt1和(he)(he)sabp2植(zhi)(zhi)株(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)易感性(xing)（圖(tu)(tu)3n，o）。這(zhe)與(yu)(yu)以(yi)下事實一(yi)(yi)致(zhi)：SA可以(yi)抑制多種(zhong)病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)對(dui)(dui)植(zhi)(zhi)物(wu)的(de)感染，包括CMV、馬鈴薯病(bing)(bing)(bing)毒(du)(du)(du)(du)(du)X和(he)(he)TMV。
綜(zong)上所(suo)述，MeSA結合(he)蛋白(bai)SABP2能夠在結合(he)MeSA時(shi)，將(jiang)細胞間的MeSA轉(zhuan)化(hua)成SA。由此實現信號(hao)的發起。隨后SA激活(huo)NAC2-SAMT1模塊，以此上調內(nei)源MeSA水平，促(cu)進NAC2依賴性(xing)SAMT1的轉(zhuan)錄與翻(fan)譯(yi)。
擴展數據圖5
5. CMV1a破壞NAC2的穩定性以抑制AD
研究表明(ming)(ming)CMV感染可(ke)以抑制(zhi)蚜(ya)蟲(chong)誘導的(de)(de)(de)AD（圖(tu)4a），從而有利于(yu)蚜(ya)蟲(chong)的(de)(de)(de)生存和病毒的(de)(de)(de)傳播與感染，可(ke)能是(shi)通(tong)過CMV介導MeSA所致。CMV1a-NAC2相互(hu)作用（擴(kuo)(kuo)展數據(ju)圖(tu)1a-d）表明(ming)(ming)CMV1a可(ke)能參與CMV介導的(de)(de)(de)AD抑制(zhi)。為了驗證這一點，首先生成了表達CMV1a的(de)(de)(de)轉(zhuan)基因煙(yan)草植(zhi)物（擴(kuo)(kuo)展數據(ju)圖(tu)6a，b），并評估了CMV1a對植(zhi)物、蚜(ya)蟲(chong)和AD吸(xi)引力的(de)(de)(de)影響(xiang)。圓形培養(yang)皿和Y管嗅覺(jue)儀生物測定(ding)表明(ming)(ming)，CMV1a表達導致植(zhi)物對蚜(ya)蟲(chong)具有更(geng)高的(de)(de)(de)吸(xi)引力（擴(kuo)(kuo)展數據(ju)圖(tu) 6c，d）。表明(ming)(ming)CMV1a參與CMV介導的(de)(de)(de)AD抑制(zhi)。
為了(le)了(le)解 CMV1a-NAC2相互(hu)作(zuo)用(yong)在CMV介導(dao)的(de)AD抑制中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)，研(yan)究人(ren)員(yuan)鑒定了(le)CMV1a中(zhong)(zhong)(zhong)與NAC2相互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)關鍵氨基(ji)酸。CMV1a由N端(duan)甲基(ji)轉移酶(mei)和(he)C端(duan)ATP依(yi)賴性(xing)解旋(xuan)酶(mei)結構域（HD）組成。此外(wai)，研(yan)究人(ren)員(yuan)發現CMV1a HD是(shi)CMV1a-NAC2相互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)主要(yao)區(qu)域（擴(kuo)(kuo)展數據圖6l）。隨后，研(yan)究人(ren)員(yuan)使用(yong)Alpha Fold-Multimer27模擬了(le)CMV1a-NAC2復合物(wu)的(de)結構，并(bing)觀察(cha)到 CMV1a中(zhong)(zhong)(zhong)983位的(de)甘氨酸殘(can)基(ji)與NAC2物(wu)理距(ju)離最近，預測該殘(can)基(ji)可能(neng)是(shi)CMV1a與NAC2相互(hu)作(zuo)用(yong)所必(bi)需(xu)的(de)（擴(kuo)(kuo)展數據圖6m，n）。CMV1a HD或全長CMV1a中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)G983D突變嚴重(zhong)降低了(le)CMV1a-NAC2的(de)相互(hu)作(zuo)用(yong)（擴(kuo)(kuo)展數據圖 6o-q）。
接下來，研究人員使用BiFC研究了CMV1a-NAC2相互作用的亞細胞定位，發現CMV1a在細胞核和細胞質中都與NAC2相互作用（圖1c），這與沒有CMV1a共表達的NAC2定位不同（圖3c），表明CMV1a可以將一些NAC2從細胞核轉移到細胞質。類似的還有CMV1a–MYC，但是cLUC–MYC和(he)CMV1a（G983D）-MYC均未出現這種現象，這或許可(ke)以(yi)解(jie)(jie)釋引起部分RFP-NAC2的(de)細胞質(zhi)(zhi)定(ding)(ding)(ding)位和(he)細胞核中(zhong)(zhong)較少(shao)的(de)RFP熒光（擴(kuo)展(zhan)數(shu)據(ju)(ju)圖 7a）。值得注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，CMV1a-MYC沒有改(gai)變RFP核定(ding)(ding)(ding)位，表明CMV1a-MYC定(ding)(ding)(ding)向NAC2的(de)重(zhong)新定(ding)(ding)(ding)位取決于NAC2-CMV1a相互(hu)作用（擴(kuo)展(zhan)數(shu)據(ju)(ju)圖7b）。此(ci)外，研(yan)究(jiu)人員使用核輸(shu)出信號(hao)（NES）標記(ji)的(de)NAC2研(yan)究(jiu)了細胞質(zhi)(zhi)NAC2的(de)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)(ding)性。結果發(fa)現NES-NAC2定(ding)(ding)(ding)位于細胞質(zhi)(zhi)中(zhong)(zhong)，NAC2易被26S-蛋白酶(mei)體(ti)系統降解(jie)(jie)（擴(kuo)展(zhan)數(shu)據(ju)(ju)圖7c，d）。此(ci)外，瞬時(shi)CMV1a表達增強了26S-蛋白酶(mei)體(ti)系統對NAC2的(de)降解(jie)(jie)，但不影(ying)響RFP穩(wen)(wen)定(ding)(ding)(ding)性（擴(kuo)展(zhan)數(shu)據(ju)(ju)圖 7e-i），而(er)CMV1a（G983D）未引起NAC2降解(jie)(jie)（擴(kuo)展(zhan)數(shu)據(ju)(ju)圖7f–i）。
瞬(shun)時表(biao)達試驗表(biao)明，是(shi)CMV1a而非CMV1a（G983D）抑制NAC2介(jie)導(dao)的SAMT1激活(huo)啟動子（擴展(zhan)數據圖(tu)7j）。此外，CMV1a（G983D）或CMV1a植株與WT植株的Y管嗅(xiu)覺(jue)儀(yi)生物(wu)測定和GC-MS分析表(biao)明，CMV1a（G983D）降低CMV1a介(jie)導(dao)的植物(wu)對(dui)蚜蟲的吸引力和抑制MeSA揮發（擴展(zhan)數據圖(tu)7k-m）。而且Y管嗅(xiu)覺(jue)儀(yi)生物(wu)測定提供了額外的證(zheng)據，證(zheng)實氨基酸殘基Gly983對(dui)CMV1a抑制植株間AD至(zhi)關重要。
綜上所述，表明CMV1a通過與(yu)NAC2的直接相互作用，影響NAC2的亞細胞定(ding)位并破壞其穩定(ding)性，從(cong)而降低轉錄因子NAC2驅動的SAMT1激(ji)活和MeSA的產生，進(jin)而干(gan)擾和抑(yi)制AD。
圖4
6. 一些蚜蟲傳播的病毒抑制AD
CMV1a具有甲基轉移(yi)酶(mei)和解旋酶(mei)活性(xing)，并構成病(bing)毒復(fu)制酶(mei)復(fu)合物的一部分，通過其HD與(yu)(yu)NAC2相互作用（擴(kuo)展數據圖1a-d）。值(zhi)得(de)注(zhu)意的是，來自許多蚜蟲(chong)傳播病(bing)毒的HDs，包(bao)括馬鈴(ling)薯Y病(bing)毒、黃蜂病(bing)毒、黃體(ti)病(bing)毒和阿爾法莫病(bing)毒在與(yu)(yu)CMV1a Gly983相對(dui)應(ying)的位(wei)置(zhi)均含有保守的甘氨酸殘(can)基（擴(kuo)展數據圖8和9a）。
GC-MS分析顯示，PVY感染并影響了蚜蟲侵染后植物MeSA的揮發。此外，作者還研究了，兩種蚜蟲傳播的病毒CMV和PVY使NAC2能夠從細胞核到細胞質重新定位（擴展數據圖9i）。同樣，PVY CI，而不是CI（G347D）或非蚜蟲傳播病毒TMV的126KD蛋白，與NAC2相互作用（擴展數據圖9j，k），并部分破壞NAC2的穩定性（擴展數據圖9l）。這些結果表明，一些蚜蟲傳播的病毒已經進化到利用含HD的蛋白質作為干擾植物AD的一般策略。
擴展數據圖8 
擴展數據圖9
結論
更多產品
套裝貨號 | 套裝名稱 | 描述 |
IA1310 | 腺苷-5'-三磷酸 | 是體內能量儲(chu)存和(he)代(dai)謝的重要物質，為代(dai)謝提供能量，同時在細胞中作為輔(fu)酶發揮作用。 |
IA0590 | 三磷酸腺苷二鈉 | 是用(yong)于代謝反(fan)應中底物活化的(de)磷(lin)酸基團供體(ti)和(he)大量激(ji)酶的(de)輔酶。 |
IA2970 | 腺苷(gan)-5'- 單磷酸一水 | 是腺苷A1受(shou)體(adenosine A1 receptor)激動(dong)劑。 |
IB0100 | 6-芐氨基喋呤 (6-BA) | 是一種細胞分(fen)裂素，通過(guo)刺激細胞分(fen)裂引起植(zhi)物生長和發(fa)育(yu)，可調節植(zhi)物的抗氧化系(xi)統(tong)的活性。 |
IE0110 | 24- 表油菜素內酯 | 是(shi)一種(zhong)植(zhi)(zhi)物(wu)生長(chang)激素。據報道，具有緩解植(zhi)(zhi)物(wu)重金屬和農(nong)藥脅迫潛力(li)。此(ci)外，在各種(zhong)癌細(xi)(xi)胞(bao)中是(shi)一種(zhong)潛在的凋亡誘導劑，而不(bu)影響非腫(zhong)瘤細(xi)(xi)胞(bao)生長(chang)。 |
IH0650 | 28- 高油菜素內酯 | 是一種具有生物活(huo)性(xing)的化(hua)合物。 |
IH0660 | 28- 表高油菜素內酯 | 具(ju)有高促生長(chang)和抗(kang)應激活(huo)性(xing)的一類新型甾體植物(wu)激素(su)。 |
IN0540 | 1-萘乙酸(NAA) | 是具有生長素(su)活性的合成植物生長調節劑。 |
II0430 | 3-吲哚乙酸 | 是一(yi)種(zhong)植物生長激素。可以添加到細胞(bao)培養基中(zhong)用來誘(you)導植物細胞(bao)伸(shen)長和分裂。 |
II0500 | 吲哚丁酸 | 是植物(wu)生長素和良好的生根(gen)劑。它可以促(cu)進草(cao)本植物(wu)和木本觀(guan)賞植物(wu)生根(gen)，并用(yong)于(yu)提高果實率。 |
II0540 | 吲哚丙酸 | 是一(yi)種有效的(de)神經保護(hu)性抗氧化劑(ji)和(he)植(zhi)物生長素(su)。 |
II0580 | 吲哚乙腈 | 是一種植物生(sheng)長激(ji)素。 |
