植物病害每年破坏了约 20% 至 30% 的作物产量，严重威胁了全球粮食的安全。探索病原体效应物如何靶向宿主蛋白以增强毒性对于了解发病机制至关重要，并可用于开发抗病作物。近日，PNAS杂志在线发表了奥地利科学院格雷戈尔·孟德尔研究所Concepcion团队题为“A blast fungus zinc-finger fold effector binds to a hydrophobic pocket in host Exo70 proteins to modulate immune recognition in rice”的研究论文,在该研究中，他们揭示了稻瘟病病原体 (AVR-Pii) 的效应器如何结合特定宿主靶标 (水稻 Exo70) 的结构基础，以及它是如何支持免疫识别的。这对于理解稻瘟病的分子机制和在植物免疫受体中设计新的识别特异性以赋予对主要作物病原体的抗性具有重要意义。

胞吐作用是一种细胞途径，与膜结合的囊泡可以从细胞内传递到质膜，将其内溶物释放到细胞外的空间，在植物与微生物的相互作用中起重要作用。Exo70 蛋白是胞囊的组成部分，可介导真核生物中囊泡与膜的连接。，植物中具有多个Exo70蛋白，表明 Exo70 蛋白可能在植物中具有功能多样化。事实上，不同的 Exo70 参与了多种植物过程，包括根发育、细胞壁沉积、与丛枝菌根的共生以及不同于胞吐作用的细胞运输途径等，特定植物 Exo70 蛋白与对病原体的抗病性有关。

稻瘟病菌病原体将效应物传递到宿主体内可以改变细胞过程，从而帮助其成功定植。基因组测序已经发现了数百个由这种病原体携带的假定效应子。然而，迄今为止，这些蛋白质中只有一小部分在功能上进行了表征。效应子 AVR-Pii 与两个水稻 Exo70 亚基 OsExo70F2 和 OsExo70F3 相互作用，这表明病原体可能将胞外囊介导的运输作为一种毒力相关机制。据报道，AVR-Pii只与水稻Exo70家族47个成员中的两个等位基因有关，即OsExo70F2和OsExo70F3。这些等位基因共享72%的序列标识，而Exo70等位基因更常见的共享序列标识只有30%。这一特异性表明AVR-Pii可能针对含有这些Exo70等位基因的外囊复合体所进行的特定过程。尽管总体序列一致性较低，但来自不同系统发育生物的Exo70蛋白具有共同的折叠。因此，AVR-Pii可能利用细微的结构差异来实现这种高交互特异性。然而，这种严格效应特异性的分子细节尚不清楚。AVR-Pii是由一个名为Pii的水稻抗病基因对识别的，该基因对由基因连锁基因Pii-2和Pii-1组成。这种识别至少需要OsExo70F3， AVR-Pii与OsExo70F3的关联由Pii通过集成在传感器NLR Pii-2中的非常规域RIN4/NOI来监测。然而，识别的精确机制仍然不清楚。

尽管已知植物exo70是病原体效应子的靶标，但其基本分子机制和这种相互作用对感染的影响尚不清楚。在这里，他们展示了稻瘟病菌Maganaporthe oryzae的效应子AVR-Pii与水稻Exo70等位基因OsExo70F2和OsExo70F3之间关联的分子基础，该关联由免疫受体对Pii通过整合的RIN4/NOI结构域感知。AVR-Pii与OsExo70F2复合物的晶体结构表明，该效应子结合到Exo70中的一个保守的疏水口袋上，定义了一个效应子/靶标结合界面。结构引导和随机诱变验证了 Exo70 结合界面上的 AVR-Pii 残基在受到表达效应突变体的真菌菌株攻击时维持水稻蛋白质结合和抗病性的重要性。此外，AVR-Pii 的结构定义了一个锌指效应子折叠 (ZiF)，这在植物病原效应器中从未被报道过，并且与M. oryzae效应器中发现的MAX折叠(其结构迄今已知)不同。他们的数据表明，稻瘟病真菌 ZiF 效应器与保守的 Exo70 界面结合以操纵植物胞吐作用，并且这些效应器也是植物免疫受体的诱饵，扩展了我们对植物病原效应物靶向宿主蛋白的分子机制的理解，为抗病工程提供了新的机会。

OsExo70F2与AVR-Pii配合物的晶体结构

AVR-Pii与OsExo70结合界面的突变使水稻的Pii抗性失效

文章来源：植物生物技术Pbj