聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIPs)与病原体衍生的聚半乳糖醛酸酶相互作用，抑制其毒力相关的植物细胞壁降解活性，但刺激免疫诱导的低聚半乳糖醛酸产生。

2024年2月15日，清华大学/西湖大学柴继杰及南京农业大学王源超共同通讯在Science 在线发表题为“A plant mechanism of hijacking pathogen virulence factors to trigger innate immunity”的研究论文，本研究表明Phaseolus vulgaris PGIP2 (PvPGIP2)与Fusarium phyllophilum polygalacturonase (FpPG)的相互作用增强了底物结合，从而抑制了FpPG酶的活性。这种相互作用促进了FpPG催化的长链免疫活性低聚半乳糖醛酸酯的产生，同时减少了免疫抑制短链低聚半乳糖醛酸酯。

PvPGIP2结合在PvPGIP2-FpPG上产生一个底物结合位点，形成一种新的聚半乳糖醛酸酶，其底物结合活性增强，底物偏好改变。基于结构的工程将最初缺乏FpPG结合活性的推定PGIP转化为有效的FpPG相互作用蛋白。这些发现揭示了植物将病原体毒力活性转化为防御触发器的机制，并为更广泛特异性的PGIPs工程提供了原理证明。

植物细胞壁由纤维素、半纤维素和果胶组成，是抵御病原体侵袭的主要和关键屏障。病原体分泌各种细胞壁降解酶(CWDEs)，如聚半乳糖醛酸酶，以解聚细胞壁多糖，并随后破坏细胞壁的完整性。聚半乳糖醛酸酶由各种病原体产生，其在发病机制中的作用已得到证实。病原性和某些植物源性聚半乳糖醛酸酶属于内切糖苷水解酶28家族。这些酶非特异性地水解细胞壁中α-1,4连接的聚半乳糖醛酸(PGAs)的糖苷键。

为了抵消CWDEs的酶活性，植物表达了一系列CWDEs抑制蛋白，包括PGIPs。此外，植物已经进化出细胞膜上的模式识别受体(PRRs)来识别CWDEs和/或它们释放的细胞壁片段作为损伤相关的分子模式，从而诱导模式触发免疫(PTI)。例如，拟南芥PRRs细胞壁相关激酶(WAKs)识别聚合度为10至15度的长链低聚半乳糖醛酸酯(OG10-15)，作为PTI激发子。因此，病原体多半乳糖醛酸酶在破坏植物细胞壁结构以增强毒力和向植物发出信号以触发防御反应方面具有双重作用。

PvPGIP2不阻断FpPG的活性位点（Credit: Science）

PGIPs是富含亮氨酸重复序列(LRR)蛋白家族的成员，广泛存在于单子叶和双子叶植物中。作为一种特异性和高亲和力的多半乳糖醛酸酶受体，最具特征的PGIP, Phaseolus vulgaris isoform 2 (PvPGIP2)，识别几种真菌多半乳糖醛酸酶，包括Fusarium phyllophilum polygalacturonase (FpPG)。CWDEs抑制蛋白以一种保守的机制结合到CWDEs的活性位点。PvPGIP2被提出结合活性位点裂缝使FpPG和Colletotrichum lupini 多半乳糖醛酸酶1 (CluPG1)失活。

除了限制聚半乳糖醛酸酶的破坏潜力外，PGIP-PG相互作用还促进了体外和表达PGIP-PG嵌合体的转基因拟南芥中诱生活性低聚半乳糖醛酸酯的积累。Colletotrichum lindemuthianum 多半乳糖醛酸酶1 (ClPG1)的酶活性对于产生烟草防御反应的激发子至关重要。PGIPs在提高抗病性方面的有效性已在多种作物中得到证实，包括小麦和水稻。然而，PGIPs的作用机制仍不清楚。

该研究确定了植物聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)如何与真菌聚半乳糖醛酸酶相互作用。该研究发现，这种相互作用改变了真菌与细胞壁多糖的结合方式，影响了底物的偏好和产生的降解产物的类型，从而增强了免疫力。来自两种不同物种的蛋白质结合在一起形成一种酶复合物，其行为与单独的任何一种都不同。此外，该研究还展示了通过修改相关但不活跃的PGIP使其变得活跃的工程潜力。

原文链接https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9529