研究揭示白叶枯病菌新型主效TALE蛋白”一箭双雕”激活水稻抗感病性的机制

上海交通大学农业与生物学院/上海市现代种业协同创新中心陈功友教授团队在线在Plant Communications上发表了题为“Tal6b/AvrXa27A, a hidden TALE targeting both the susceptibility gene OsSWEET11a and the resistance gene Xa27 in rice”的研究论文，报道了白叶枯病菌中一种新型主效TALE蛋白Tal6b/AvrXa27A，揭示了其激发水稻抗病性和感病性反应的机制，这对于水稻抗病基因的合理利用和广谱持久抗病品种的培育具有重要的科学和实践意义。

稻黄单胞菌稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）引起的水稻白叶枯病是农业生产中一种重要的全球性致灾病害，近年加重发生，多地出现“老病新发”问题，严重威胁粮食安全。病菌毒性变异导致水稻抗病性丧失是白叶枯病“卷土重来”的重要原因。转录激活类效应子（transcription activator-like effector, TALE）是Xoo最重要的致病因子，其中主效的致病TALE（major TALE）决定着病菌在水稻上的毒性强弱。目前Xoo菌株中已发现的主效TALE有7个，PthXo1/AvrXa7、PthXo3和PthXo2-like类TALE效应蛋白仅存在于亚洲菌株中，TalB、TalC和TalF则仅存于非洲菌株中。Xoo是否产生其他新型主效TALE及其与病菌毒性进化的关系还有待明确。

该研究从Xoo强毒性菌株LN18和LN4中分离到一种TALE效应蛋白Tal6b/AvrXa27A。Tal6b/AvrXa27A与已知的TALE蛋白AvrXa27同源，而AvrXa27作为无毒蛋白（Avirulence protein）通过结合Xa27抗病基因启动子上的效应蛋白结合元件（effector-binding element，EBE），激活Xa27基因的转录表达，导致水稻产生效应物诱导的免疫反应（effector-triggered immunity，ETI）。病原接种试验和基因表达分析显示，Tal6b/AvrXa27A也能够激发Xa27基因介导的抗病反应。通过对不同Xoo菌株的基因组进行比较分析，该研究还鉴定到另外两个AvrXa27同源蛋白AvrXa27B和AvrXa27C，它们也属于AvrXa27/TalAO类效应蛋白家族。分析发现这个蛋白家族广泛分布于Xoo菌株中，均能作为无毒蛋白激活Xa27基因介导的水稻抗病反应。这揭示了抗病基因Xa27能够广谱抗白叶枯病的原因。有趣的是，Tal6b/AvrXa27A还能作为毒性因子诱发水稻的感病反应，这不同于AvrXa27/TalAO类效应家族中的其他成员。进一步研究发现，Tal6b/AvrXa27A能够靶向水稻感病基因OsSWEET11a，但其与另一个靶向OsSWEET11a的主效TALE蛋白PthXo1没有同源性。启动子结合试验也明确了Tal6b/AvrXa27A分别与Xa27和OsSWEET11a启动子结合的EBE序列。OsSWEET11a感病基因EBE编辑的水稻突变体对依赖于Tal6b/AvrXa27A毒性的Xoo菌株也表现抗病性。这一结果还说明，靶向水稻感病基因OsSWEET11a的PthXo1，仅在菲律宾6号小种中存在，而真正广泛存在的是Tal6b/AvrXa27A。

上述结果表明，Tal6b/AvrXa27A是一种新型的主效TALE，具有无毒性（avirulence）和毒性（virulence）双重功能，能同时靶向抗病基因Xa27和感病基因OsSWEET11a。在不含有Xa27基因的水稻品种中，Tal6b/AvrXa27A作为主效毒性因子诱发OsSWEET11a介导的感病反应。而在含有Xa27基因的水稻品种中，Tal6b/AvrXa27A激发Xa27引起的免疫反应能够抑制OsSWEET11a介导的感病反应，最终使水稻表现抗病。该研究揭示了Xoo利用TALE多样化的致病策略，为病原菌效应蛋白与抗感病基因的协同进化提供了新的见解，同时也为Xa27广谱抗病基因的合理利用提供了理论依据。