【LorMe周刊】占为己用：青枯菌劫持植物代谢产物维持其生长与致病能力
作者：邓贵鹏，南京农业大学硕士在读。主要研究青枯菌多态性与动态阻控。
导读
病原菌与植物间的根际战争炮火轰鸣，病原菌粮草不足，尸横遍野。如何巧夺军粮、突破植物根际防线，病原菌指挥部一时间竟没人能拿个主意。“砰！！！”青枯菌上将狠狠地锤了一下桌子：“只能拿出秘密武器——效应蛋白Ripl了！”。“你那个秘密武器真有用假有用啊？”旁边的将军们你一句我一句叽叽喳喳地嘲讽着，等不及要看笑话。
“哼！”青枯菌上将轻蔑地笑了一声，“我们的秘密武器Ripl可悄悄打入植物内部，伺机拉拢谷氨酸脱羧酶GADs，劫持钙调信号蛋白CaM谎报军情，诱骗植物产生更多的军粮——γ-氨基丁酸GABA。一旦我大军奇袭、成功掠夺军粮GABA，将士们战斗力将飞快飙升，植物根际防线必然溃之千里！”。下面有请“青枯君”Dr. Macho给大家讲一讲详细的根际作战方案，看秘密武器Ripl如何一战成名！
科学问题
效应蛋白RipI能否助力青枯菌的侵染致病？如果能，它在植物体内作用的靶标是什么？怎么发挥作用？
研究思路
作者通过免疫共沉淀分析和FRET-FLIM等研究蛋白互作的方法，发现青枯菌RipI可直接参与钙调蛋白CaM和谷氨酸脱羧酶GADs的蛋白互作。有研究报道CaM和GADs互作可催化γ-氨基丁酸GABA的生物合成，那么RipI是否调控CaM和GADs的互作使植物产生更多的GABA呢？作者通过农杆菌介导RipI-GFP在本氏烟细胞中瞬时表达（绿色荧光标记蛋白GFP为对照），利用质谱分析测定，发现GABA含量较对照增加了25倍（图3A），说明青枯菌RipI-GFP能够促进本氏烟细胞中GABA的合成。在拟南芥细胞中，RipI能够增强钙调蛋白CaM和谷氨酸脱羧酶GADs的蛋白互作强度（图3B），进而猜测青枯菌RipI可能通过影响CaM-GADs的互作来调控GABA的合成。为此，作者采用病毒诱导基因沉默（VIGS）的方法，发现钙调蛋白NbCaM2的基因表达丧失后，RipI不再影响本氏烟细胞中GABA的合成（图3C）。结果表明：青枯菌效应蛋白RipI可通过促进钙调蛋白与谷氨酸脱羧酶的互作，来增强植物细胞中γ-氨基丁酸的合成。
图2 RipI调控钙调蛋白与谷氨酸脱羧酶的互作来增强植物γ-氨基丁酸的合成
图3 γ-氨基丁酸是青枯菌生长与致病必须的营养物质
为进一步验证γ-氨基丁酸GABA对青枯菌的侵染与致病影响，作者构建了谷氨酸脱羧酶AtGAD1/2缺失的拟南芥突变植株gad1/2，该植株GABA的合成显著降低。根际接种试验表明，青枯菌在gad1/2突变植物中的侵染致病能力显著降低（图4AB）。为进一步明确GABA合成受限是否具有寄主植物特异性，作者采用RNA干扰（RNAi）的方法，在番茄根部瞬时沉默谷氨酸脱羧酶基因SlGAD2的表达后，番茄体内GABA的合成降低，而抵御青枯菌侵染致病的能力增强（图4CD）。结果表明GABA可促进青枯菌的侵染与致病。
图4 植物γ-氨基丁酸对青枯菌感染的贡献
结论与展望
本文揭示了病原菌-植物分子互作的新策略：青枯菌通过分泌效应蛋白RipI劫持植物代谢，调控植物大量合成其自身生长与致病必须的营养物质γ-氨基丁酸。本文为青枯病的动态精准阻控提供了设计思路，如可以通过分子育种来降低植物γ-氨基丁酸的生物合成，以及通过分子靶标来抑制效应蛋白RipI的分泌等。
论文信息
原名：A Bacterial Effector Protein Hijacks Plant Metabolism to Support Pathogen Nutrition
译名：一种劫持植物代谢来维持自身营养的病原体细菌效应蛋白
期刊：Cell Host & Microbe
IF2020：15.923
发表时间：2020年10月
通讯作者：Alberto P. Macho
通讯作者单位：中国科学院上海生命科学研究院