【研究进展】李剑峰教授团队揭示植物细胞因子OsPep3介导水稻广谱病虫害抗性

       植物在损伤和多种生物胁迫下能够产生类似动物促炎性细胞因子（如白介素1β）一样的植物细胞因子以加强免疫。Pep (plant elicitor peptide) 多肽是一类在植物中广泛存在的植物细胞因子。李剑峰教授团队此前发现拟南芥识别病原菌相关分子模式（如细菌鞭毛）引发的细胞Ca²⁺内流，会激活Ca²⁺依赖的II型metacaspase蛋白酶，进而将病原菌诱导表达的AtPROPEP1前体蛋白加工为成熟的AtPep1多肽（Shen et al. , 2019）。AtPep1随后被分泌到胞外，再被细胞膜上的模式识别受体AtPEPR1/AtPEPR2识别，进而激活免疫信号转导以增强拟南芥对病原菌的抗性。此外，Pep信号通路还参与了植物对咀嚼型昆虫的抗性（Huffaker et al., 2013）。然而，刺吸式昆虫对植物造成的损伤远小于咀嚼式昆虫，目前尚无研究表明Pep信号通路与植物对刺吸式昆虫的抗性有关。

       植物在损伤和多种生物胁迫下能够产生类似动物促炎性细胞因子（如白介素1β）一样的植物细胞因子以加强免疫。Pep (plant elicitor peptide) 多肽是一类在植物中广泛存在的植物细胞因子。该课题组此前发现拟南芥识别病原菌相关分子模式（如细菌鞭毛）引发的细胞Ca²⁺内流，会激活Ca²⁺依赖的II型metacaspase蛋白酶，进而将病原菌诱导表达的AtPROPEP1前体蛋白加工为成熟的AtPep1多肽（Shen et al., 2019）。AtPep1随后被分泌到胞外，再被细胞膜上的模式识别受体AtPEPR1/AtPEPR2识别，进而激活免疫信号转导以增强拟南芥对病原菌的抗性。此外，Pep信号通路还参与了植物对咀嚼型昆虫的抗性（Huffaker et al., 2013）。然而，刺吸式昆虫对植物造成的损伤远小于咀嚼式昆虫，目前尚无研究表明Pep信号通路与植物对刺吸式昆虫的抗性有关。

图1. 外施OsPep3增强水稻对褐飞虱、稻瘟病和白叶枯病的抗性

       褐飞虱是危害我国南方稻区最主要的刺吸式害虫之一，对吡虫啉、噻虫嗪、噻嗪酮等化学农药具有较高抗性。该研究以水稻与褐飞虱互作为模型，发现褐飞虱取食能够在数小时内诱导以OsPROPEP3为代表的多种水稻PROPEP前体及受体OsPEPR的基因表达。通过CRISPR/Cas9技术敲除水稻OsPEPR1/2能显著削弱水稻对褐飞虱的抗性，提示Pep信号通路参与调控水稻对褐飞虱的抗性。通过比较多种人工合成的水稻OsPep多肽的免疫诱抗能力，发现OsPep3具有最强诱抗力，且外施OsPep3能够明显增强水稻对褐飞虱的抗性。进一步的转录组和代谢组分析发现OsPep3处理能够上调水稻中苯丙素类、脂肪族及防御激素茉莉酸合成相关基因的表达以及相关代谢物的积累。此外，外施OsPep3还能提高水稻对真菌引起的稻瘟病和细菌引起的白叶枯病的抗性。OsPep3也能激活其他禾本科作物如小麦中的免疫反应。鉴于某一植物来源的Pep多肽仅对该种植物及其近源物种有诱抗效果（Lori et al., 2015），上述研究结果展示了OsPep3多肽在控制禾本科作物病虫害中的应用潜力，且具有安全无毒环保等优势。

       2022年1月23日，有害生物控制与资源利用国家重点实验室李剑峰教授教授团队在植物学权威期刊Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为“Plant elicitor peptide signaling confers rice resistance to piercing-sucking insect herbivores and pathogens”的研究论文。该研究揭示了植物细胞因子OsPep3介导水稻褐飞虱抗性的功能，并发现外施OsPep3能够增强水稻的病虫害抗性，为水稻、小麦等作物保护提供了一种安全和高效的靶向性多肽诱抗剂。博士后沈文忠为本文的第一作者，李剑峰教授为通讯作者，张文庆教授、肖仕教授也参与了该研究。该研究得到广州市科技计划重点项目、广东省重点研发计划项目、广东省自然科学基金的资助。

       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13781