Cell重磅∣uORF 小肽遥控植物“全身防御”！ 清华齐天从/首都师大宋素胜团队解锁系统性气孔免疫密码
2026-04-17
中科新生命
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植物气孔是病原菌入侵的主要通道，保卫细胞感知病原菌后快速关闭气孔构成气孔免疫。植物是多器官组成的整合系统，受到病原菌侵染时，局部叶片合成移动信号并长距离运输至远端系统叶片，提高其抗性以抵御二次侵染，这一过程称为系统获得性抗性（SAR），但起效慢、持续久。
2026年3月5日，由清华大学齐天从团队联合首都师范大学宋素胜团队在国际顶尖期刊Cell在线发表题为“An uORF-encoded mobile peptide sparks systemic stomatal immunity”的研究论文，该研究以拟南芥为模式，发现一种快速响应、短时维持的全新系统性防御——系统性气孔免疫（SSIM），可在数小时内激活远端叶片气孔关闭，并系统阐明uORF编码多肽USIC介导SSIM的分子机制，揭示了植物先天免疫的快速长距离信号机制，为解析植物抵御病原菌入侵的全局防御策略提供了新视角。
研究材料
拟南芥、油菜、大白菜、萝卜、本氏烟、番茄等十字花科植物和多种病原菌。
技术方法
RNA-seq、Ribo-seq、CRISPR/Cas9基因编辑、免疫共沉淀（Co-IP）、双分子荧光互补（BIFC）、多肽组学等相关技术。
实验结果
1. 系统性气孔关闭与免疫响应型uORFMYB51 的鉴定
研究者对拟南芥局部叶片接种病原菌或flg22处理，可在2.5小时内诱导远端系统叶片气孔关闭，且该反应可维持数小时，表明植物存在快速全局气孔关闭防御系统。结合小分子移动信号与uORF编码小肽的特点，通过RNA-seq与核糖体测序（Ribo-seq）发现大部分比对至编码序列（CDS）区域，超过13%比对至UTR区域，在拟南芥基因组中鉴定出45786个长度≥9个核苷酸的uORF进行免疫响应筛选，与非翻译型uORF相比，翻译型 uORF 的序列特征更接近Kozak序列（ACCATGG），更易被翻译为蛋白。在翻译型uORF 中，17 个在免疫激活组上调、4 个下调。结果显示，MYB51的5'UTR 区域存在一个显著受免疫诱导的uORF，命名为uORFMYB51，可编码22个氨基酸的小肽，且不影响MYB51的翻译。该小肽的表达可被flg22显著上调，定位于细胞质与质膜区域（如图1）。
图1 系统性气孔闭合反应以及免疫响应相关uORFs和uORFMYB51的特性研究
2. USIC 介导系统性气孔免疫
为探究uORFMYB51是否介导SSIM，合成uORFMYB51肽，检测其诱导气孔关闭的能力。结果显示，该肽可剂量依赖性诱导气孔关闭，并减少病原菌入侵（如图2A、B）。构建该uORF 的基因编辑突变体后，局部叶片气孔关闭不受影响，但系统叶片的气孔关闭完全消失，说明该uORF是特异性调控系统性气孔关闭的必需因子，将其命名为USIC。遗传互补实验可恢复突变体的SSIM表型；MYB51敲除不影响SSIM，说明MYB51不参与该过程。同时，USIC不影响SAR，SAR通路突变体也不影响SSIM，证明USIC介导的快速SSIM与SA依赖的长效SAR相互独立。
图2 uORFMYB51编码的小肽 USIC 介导 SSIM
3. USIC是长距离移动信号
为验证USIC是否为移动信号，分析其表达模式，局部flg22处理后，USIC 转录本仅在局部叶片上调（如图2G）。质谱结果也证实，内源USIC在局部和系统叶片均积累（如图2H、I）。说明USIC可作为移动信号运输至远端系统叶片。进一步检测USIC的分泌能力，结果证明USIC可通过囊泡结构分泌至质外体（如图2J、K）。嫁接实验显示USIC可穿过嫁接界面，长距离运输至远端叶片；石蜡切片进一步确认USIC主要在韧皮部表达与运输（如图2L）。综上，病原菌侵染后，USIC在局部叶片被诱导、分泌并通过韧皮部运输至系统叶片，介导 SSIM。
4. SIRK1-KIN7 是 SSIM 的 USIC 受体复合物
为解析USIC的感知机制，检测已知气孔免疫通路突变体，发现USIC诱导气孔关闭不依赖经典局部气孔免疫通路。通过免疫沉淀-质谱筛选与突变体验证，发现SIRK1、KIN7、LIK1、PERK1四个跨膜RLK 候选。功能验证显示，sirk1和kin7突变体完全丧失 USIC 诱导的气孔关闭，lik1和perk1突变体无影响，sirk1和kin7突变体不影响局部气孔关闭，但完全阻断系统性气孔关闭（如图3A-D）。体外互作实验证实，SIRK1 与 KIN7 的胞外结构域（ECD）、胞质结构域（CD）可直接相互作用（如图3E、F）。Co-IP实验显示，USIC与SIRK1、KIN7直接结合，且USIC可增强SIRK1-KIN7的相互作用（如图3G、H）。双分子荧光互补（BiFC）和微量热泳动（MST）实验证实，USIC直接结合SIRK1ECD，不结合KIN7ECD，SIRK1 为USIC受体，KIN7为共受体（如图3I、J）。
图3 SIRK1与KIN7是USIC的受体与共受体并介导SSIM
5. MC4 剪切 KIN7 并介导系统性气孔关闭
亚细胞定位显示USIC可诱导KIN7从质膜转位至液泡膜，该转位是气孔关闭必需的。同时，USIC触发KIN7的蛋白剪切（如图4A、B）。通过体外实验显示MC4在Ca2 +存在下剪切 KIN7，体内实验显示MC4可剪切KIN7（如图4C、D）。mc4/5/6/7四突变体完全阻断KIN7剪切与SSIM, 且为USIC诱导气孔关闭与系统性关闭所必需的(如图4E-G)。进一步证明剪切后的KIN7 胞质结构域可恢复kin7突变体的表型(如图4H-J)。简言之，MC4介导的KIN7剪切是USIC信号的关键环节。
图4 共受体KIN7响应USIC发生亚细胞转位并被MC4剪切
6. AHA1与 PIP2;1结合KIN7并介导系统性气孔关闭
通过比较KIN7-FLAG与USIC-FLAG的IP-MS结果发现部分蛋白定位于质膜和液泡膜，提示液泡参与USIC诱导的气孔关闭，且液泡形态改变/塌陷（如图5A、B）。互作筛选发现，质子泵AHA1与水通道蛋白PIP2;1是KIN7的下游组分（如图5C、D）。Y2H与 BiFC 验证 KIN7胞质结构域直接结合 AHA1、PIP2;1（如图5E、F）。质子泵抑制剂、aha1与 pip2;1 突变体均可阻断USIC诱导的气孔关闭。说明AHA1与PIP2;1是USIC通路调控气孔关闭的终端效应因子（如图5G-I）。
图5 AHA1与PIP2;1结合KIN7并介导USIC调控的系统性气孔关闭
7. USIC通路在十字花科中保守
进化分析显示USIC及其同源蛋白仅存在于十字花科，且序列高度保守（如图6A、B）。USIC可诱导油菜、大白菜、萝卜等植物气孔关闭（如图6C-E）。同样地，当USIC在拟南芥叶片中短暂表达时，它与BnSIRK1/BnKIN7及其复合体有密切关联（如图6F、G）。这些研究结果表明，USIC-SIRK1/KIN7这种配体-受体信号传导机制在十字花科植物中是保守的。另外发现非十字花科植物的SIRK1/KIN7同源蛋白也可响应USIC。表明该模块具有跨物种应用潜力。
图6 USIC-SIRK1/KIN7 模块在十字花科中保守
总结
该研究发现了植物全新的快速全身免疫机制SSIM，并阐明其核心通路：局部病原菌信号→USIC合成与分泌→韧皮部长距离运输→SIRK1-KIN7识别→MC4剪切KIN7→KIN7转位至液泡膜→结合AHA1/PIP2;1→统叶片气孔关闭。USIC是首个被发现的，通过uORF 编码移动肽+受体激酶+蛋白酶剪切+液泡膜转运+质子泵/水通道蛋白的全新模块实现高效防御。SIRK1-KIN7作为多功能受体复合物，可整合不同信号调控免疫、发育与胁迫响应。该通路在十字花科保守，为作物抗病性改良提供了新靶点。
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