人才强校 | 陈东钦课题组揭示棕榈酰化修饰调控植物免疫受体活性的抗病新机制
本网讯 5月12日，我校植物保护学院陈东钦教授课题组与美国Gary Stacey教授课题组联合在Nature Communications上发表了题为S-acylation of P2K1 mediates extracellular ATP-induced immune signaling in Arabidopsis的研究论文，揭示了两个拟南芥PAT酶棕榈酰化P2K1受体并调控其蛋白活性，参与eATP介导植物天然免疫抗病的新分子机制。
蛋白质棕榈酰化（Palmitoylation，S-acylation修饰的主要形式）是一种可逆的蛋白质修饰，由PAT酶和APT酶介导。在动物和人里面，由PAT酶介导的棕榈酰化通过控制蛋白质的稳定性、亚细胞定位、跨膜运输和蛋白质互作等一系列细胞过程，调控了癌症、炎症、神经等一系列重要疾病。但是，在植物里的功能与分子机理研究极少，特别是植物天然免疫抗病研究领域很少有蛋白质棕榈酰化功能的研究，并且植物里PAT酶的直接靶标蛋白一直未被鉴定。
该研究通过激酶靶标-质谱方法（KiC-MS）鉴定发现两个拟南芥棕榈酰化酶是eATP受体P2K1的激酶靶标，其编码的PAT5和PAT9蛋白与P2K1共定位于细胞膜上。进一步研究发现，PAT5和PAT9负向调控eATP诱导的植物天然免疫响应如Ca2+内流、活性氧迸发、MAPK激活以及病原细菌的侵染。体内和体外互作研究显示，P2K1能直接与PAT5/9相互作用并磷酸化PAT5/9蛋白的DHHC结构域，激活PAT5/9的棕榈酰化活性。随后，激活PAT5/9棕榈酰化P2K1，动态地影响P2K1受体蛋白活性包括受体的自我磷酸化和蛋白质降解。突变P2K1关键的棕榈酰化位点同样影响了P2K1受体蛋白活性，与pat5和pat9突变体具有相同eATP诱导的植物天然免疫响应。总之，此研究证明蛋白质棕榈酰化、蛋白质磷酸化和蛋白质降解相互拮抗，如同打太极一样一阴一阳共同调控植物天然免疫受体蛋白的动态活性。
值得注意的是，棕榈酰化酶PAT5/9介导flg22（细菌鞭毛PAMPs通路）和chitin（真菌几丁质PAMPs通路）诱导的植物天然免疫响应与eATP（损伤相关分子模式DAMPs通路）诱导的相同，这三种PAMPs分别代表三个不同天然免疫PTI分子信号通路，暗示这种膜受体的棕榈酰化调控可能具有普通性。
PAT蛋白棕榈酰化P2K1参与植物天然免疫信号转导的工作模型
综上所述，该研究首次鉴定了植物里棕榈酰化酶PAT的直接靶标，同时发现蛋白质棕榈酰化能通过拮抗蛋白质磷酸化和蛋白质降解控制免疫受体P2K1蛋白活性，进一步负向调控eATP诱导的植物天然免疫信号转导。
我校植物保护学院的陈东钦教授为该论文的第一作者和共同通讯作者，美国密苏里大学的Gary Stacey教授为该论文的共同通讯作者。陈东钦课题组的郝风声博士、穆会琦硕士和美国密苏里大学的Nagib Ahsan博士、Jay J. Thelen教授参与了本研究。该研究受到国家自然科学基金面上项目、中国农业大学杰出人才经费、美国国立卫生研究院（NIH）基金和美国国家科学基金会（NSF）基金的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22854-1