2月16日，國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設(shè)施支持清華大學/西湖大學用戶柴繼杰教授團隊與其合作單位南京農(nóng)業(yè)大學王源超教授團隊發(fā)現(xiàn)了一種植物新型免疫激活機制，揭示了植物多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（Polygalacturonase-inhibiting protein, PGIP）特異性識別病原菌果膠多聚半乳糖醛酸水解酶（Polygalacturonase, PG）并劫持其酶活性來觸發(fā)植物先天免疫的獨特分子機制，對認識植物免疫系統(tǒng)、合理利用和精準改造PGIP提高作物抗性具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)成果以“A plant mechanism of hijacking pathogen virulence factors to trigger innate immunity”為題，在Science上發(fā)表。

本研究利用中國科學院上海高等研究院國家蛋白質(zhì)科學研究（上海）設(shè)施BL18U1線站，解析了聚半乳糖醛酸酶PvPGIP2^N274D-FpPG和 PGLR 的晶體結(jié)構(gòu)（PDBID分別為 8IKW和8IKX），并利用蛋白質(zhì)設(shè)施BL19U1線站完成前期數(shù)據(jù)篩選，為該項研究成果提供了重要支持。同時，用戶利用上海高研院上海光源BL02U1和BL10U2線站開展了蛋白晶體的相關(guān)衍射實驗。

在植物與病原菌的長期斗爭中，效應(yīng)子是病原菌攻擊寄主植物的武器，病原菌分泌效應(yīng)子攻擊植物的免疫系統(tǒng)導(dǎo)致植物感?。恢参镞M化出精細、復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，通過識別病原菌效應(yīng)子激活植物抗性從而保護自身免受侵害。植物的細胞壁由高度復(fù)雜的纖維素、半纖維素、果膠聚糖結(jié)構(gòu)組成，是病原菌成功入侵植物需要突破的重要防線。病原菌在侵染植物的早期分泌的效應(yīng)子中包含大量的細胞壁降解酶（Cell wall degrading enzyme, CWDE），破壞植物細胞壁。

果膠多聚半乳糖醛酸水解酶(PG)是病原菌分泌的一類重要的致病效應(yīng)子，具有保守的細胞壁降解酶活性，對病原菌的致病性至關(guān)重要。學界普遍認為多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白PGIP通過抑制PG酶活發(fā)揮抗病功能。然而，植物PGIP與病原菌PG互作激活植物免疫的分子機制一直不清楚。

該項研究首次解析了分辨率為1.93?的PvPGIP2-FpPG復(fù)合物結(jié)構(gòu)。與之前所有報道的細胞壁降解酶抑制蛋白（CWDE-inhibiting protein, CWDEIP）與CWDE的復(fù)合物結(jié)構(gòu)不同，PvPGIP2并未結(jié)合在FpPG的酶活中心，表明PvPGIP2與FpPG存在獨特的作用機制。PGIP-PG形成一個全新的多聚半乳糖醛酸水解酶，與PG單體具有完全不同的酶動力學活性。該研究表明植物PGIP并不直接抑制PG酶活性，而是改變底物結(jié)合方式，促進能夠激活植物免疫的高聚OG產(chǎn)生，并減少抑制植物免疫的低聚OG產(chǎn)生。該研究首次揭示了植物細胞壁降解酶抑制蛋白通過調(diào)控病原菌細胞壁降解酶底物轉(zhuǎn)化激活植物免疫的全新機制。在此基礎(chǔ)上，該研究進一步對PGIP進行了工程化改造。改造后的PGIP不僅能產(chǎn)生更多的OG10-15，并且獲得了新的識別PG的功能。

PGIP-PG介導(dǎo)的植物免疫響應(yīng)

綜上所述，該研究揭示了多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白PGIP和多聚半乳糖醛酸酶PG互作激活植物免疫的全新分子機制，為植物與病原物互作領(lǐng)域提供了全新的研究范式。對PGIP的定向編輯，提高PGIP識別PG激活植物抗性的功能，對認識植物免疫系統(tǒng)、合理利用和精準改造植物免疫元件提高作物抗性具有重要的指導(dǎo)意義。對其機制的解析對認識生物互作的本質(zhì)，改造作物的持久廣譜抗病性具有重要的理論和實踐價值。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9529#sec-3