【APT客户文章】Science重磅：寄主与病原菌间的“军备竞赛”

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A paralogous decoy protects Phytophthora sojae apoplastic effector PsXEG1 from a host inhibitor

Science  IF=34.66

1研究背景

植物进化出先天免疫系统抵抗潜在的病原菌，但是成功的病原菌也发展出了可以抑制寄主免疫应答的效应因子。植物与病原菌早期交锋是在质外体中（apoplast，细胞外间隙），前人研究发现大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）向寄主大豆的质外体分泌一种必不可少的毒性因子：糖苷水解酶PsXEG1。

本文研究发现：大豆可以分泌“精确制导”的GmGIP1蛋白靶向抑制PsXEG1活性，不过疫霉菌却进化出“诱饵弹”PsXLP1（PsXEG1的同源物）保护PsXEG1抵抗寄主的抑制因子。

2样本来源

大豆疫霉菌（Phytophthora sojae），大豆子叶

3研究技术

IP-MS

4研究结果

1、利用IP-MS的技术鉴定到与PsXEG1互作的蛋白GmGIP1（soybean Glucanase Inhibitor Protein 1）。Co-IP实验证明GmGIP1的G5区（positions 408-416）是蛋白互作的重要区域；体内共表达实验以及体外酶学实验证明GmGIP1与PsXEG1的特异性结合不影响PsXEG1蛋白的稳定性，只会抑制PsXEG1水解酶活性。通过比较转基因大豆根（GmGIP1过表达，沉默）的病毒抗性证明GmGIP1通过与PsXEG1互作抑制大豆疫霉菌的感染。

Fig. 1. GmGIP1, a host inhibitor of PsXEG1,contributes to resistance against P.sojae

2、Co-IP实验发现PsXEG1的缩短同源蛋白PsXLP1也可以与GmGIP1互作（没有水解酶活性），通过比较转基因大豆疫霉菌（PsXLP1过表达，沉默，突变）的毒性证明PsXLP1通过与GmGIP1的结合正向调节病原菌毒性。

Fig. 2. PsXEG1 paralog PsXLP1 requires a GmGIP1 binding site,but not a catalytic site, to contribute to virulence.

3、体内Co-IP实验，体外蛋白结合实验以及转基因实验证实：与PsXEG1相比，PsXLP1与GmGIP1的结合力更强（高出约5倍）；PsXLP1通过竞争性的结合GmGIP1，保护PsXEG1的游离状态，正向调控病原菌毒性。监测疫霉菌感染过程中还原糖含量发现：PsXEG1和PsXLP1两个基因任一个缺失都会引起还原糖含量的显著降低。基因序列比对发现XEG1-XLP1基因对在疫霉属中普遍存在，作者在黑胫病菌（Phytophthora parasitica）感染烟草的过程中发现了相似的现象。

Fig. 3. PsXLP1 out-competes PsXEG1 for GmGIP1 binding.

4、最后，作者建立了一个植物与病原菌互作的分子模型：病原菌产生的致病蛋白PsXEG1进入植物质外体破坏寄主细胞壁，植物分泌的GmGIP1蛋白可以特异的结合PsXEG1抑制其致病性；病原菌为了保护PsXEG1进化出与植物的GmGIP1蛋白结合力更强的诱饵蛋白PsXLP1，恢复PsXEG1的致病性。

Fig. 4. Neutralization of GmGIP1-mediated defense by PsXLP1 isonly observed in the presence of PsXEG1 during P. sojae infection of soybeanhairy roots.

5小编心得

本文是一篇非常精彩的探索寄主与微生物互作分子机制的文章。本文以IP-MS为切入点，作者从鉴定的蛋白组数据中挖掘到与病原菌蛋白PsXEG1特异性互作的寄主蛋白GmGIP1；由此出发，经过假设-验证，新的假设-继续验证的过程，通过构建一系列的病原菌、植物转基因材料进行多层次的感染实验，最终得到一个非常完整的新颖的model。

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