番茄抗病研究新突破！ 中科院田世平团队揭示SlREM1诱导植物细胞死亡的机制

程序性细胞死亡（PCD）是植物免疫反应的高度调控特征，它是一个复杂的程序过程，受多种因素调控。新型细胞死亡调节子的发现，有利于人们对植物PCD分子调控网络的深入理解。Remorins（REMs）是一类具有多种生物学功能的植物特异性蛋白，但是它们在植物免疫调控方面的功能仍不清楚。

今年4月21日，中国科学院植物研究所的田世平课题组在《Plant Physiology》(IF=6.305)发表了一篇题为“SlREM1 triggers cell death by activating an oxidative burst and other regulators”的文章。研究发现SlREM1的过表达会降低番茄对坏死性葡萄孢灰霉菌的抗性，结合表型特征与蛋白组学数据，研究人员系统地揭示了番茄SlREM1诱导植物细胞死亡的机制。

技术路线图

研究材料

过表达3×Flag-SlREM1和3×Flag本生烟草，分别取接种后1天（1dpi）和3天（3dpi）的烟草叶片

研究结果

1 SlREM1转基因植物表型分析

根据前人研究，Remorins在植物应激响应过程中发挥着重要的作用。那么SlREM1是否参与了病原菌侵染番茄的过程呢？研究人员首先在番茄中过表达REMORIN1(SlREM1)基因，随后观察灰霉菌侵染后和野生型相比是否出现差异，结果显示SlREM1的过表达会降低番茄对坏死性葡萄孢灰霉菌的抗性。随后，为了进一步证实SlREM1的功能，作者又采用农杆菌介导的基因瞬时表达策略在本生烟草过表达了番茄SlREM1基因，发现SlREM1还会触发本生烟草叶片的细胞死亡。

2 SlREM1功能区分析

为了研究SlREM1蛋白的关键功能区域，作者构建了一系列GFP标记的SlREM1截短序列和突变序列，利用共定位实验证实C端的35个氨基酸为其细胞膜定位所必需，而173-187区域是SlREM1蛋白诱导细胞死亡的必需区域。此外质谱检测发现SlREM1有5个磷酸化位点，点突变发现这5个位点对其诱导PCD功能至关重要。

3 SlREMs家族蛋白功能检测

研究人员在瞬时表达检测中发现多个SlREM蛋白会引发叶片的细胞死亡，推测SIREMs蛋白可能形成复合物。为了验证这一假设，作者进一步通过酵母双杂交，荧光素酶互补成像和免疫共沉淀试验，证明了SlREMs蛋白可以形成同型和异型复合物；其中C端的35个氨基酸残基是形成复合物的必需区域。

4 蛋白组学揭示SlREM1引发PCD的分子机理

为了揭示SlREM1引发PCD的分子机理，作者使用iTRAQ定量蛋白组学技术对瞬时表达SlREM1的烟草叶片（1 dpi和3 dpi）进行分析，结果显示1 dpi时，11个蛋白上调，35个蛋白下调，到3 dpi时145个蛋白上调，120个蛋白下调。GO分析结果表明差异蛋白的功能主要与刺激反应，防御反应，非生物胁迫以及氧化还原过程有关。此外，与细胞死亡调节相关蛋白和ROS产生相关的NbRBOHB蛋白显著上调。

5关键蛋白功能验证

ROS在植物PCD中起着至关重要的作用，RBOHs是植物NADPH氧化酶，位于质膜上，对活性氧ROS生成至关重要。根据上述iTRAQ蛋白质组学数据的结果，为了证实SlREM1过表达能增强NbRBOHB的表达，研究团队对GFP-SlREM1瞬时表达烟草进行了RT-qPCR分析，结果显示NbRBOHB表达上调，进一步促进了ROS的积累。

接下来作者对iTRAQ结果中表达水平显著差异的蛋白利用RT-qPCR对27个上调蛋白进行靶向验证，结果与蛋白组学数据一致。随后，研究人员对这27个蛋白进行瞬时表达，发现其中的CRTD, BCPL和 NCBP表达的烟草呈现细胞死亡的表型。因此SIREM1过表达会促进多个细胞死亡调节因子表达，从而引发细胞死亡。

小结

在这项研究中，作者先是通过灰霉菌侵染番茄过程的表型变化与生化实验将SlREM1与PCD过程关联起来，后续通过iTRAQ蛋白质组检测解析其引发PCD的分子机理，最后通过对关键差异蛋白的RT-qPCR的分析以及瞬时表达从数据和功能层面对组学结果进行验证。本研究为理解植物程序性细胞死亡的调控机制提供了线索。