近日，山东大学生命科学学院刘利静教授团队在The Plant Cell在线发表了题为“XYLEM CYSTEINE PEPTIDASE 1 and its inhibitor CYSTATIN 6 regulate pattern-triggered immunity by modulating the stability of the NADPH oxidase RBOHD”的研究论文，揭示了在静息状态下，RBOHD在液泡中被XCP1降解以限制ROS的产生，而在病原体感染时，RBOHD的降解被CYS6抑制以促进ROS迸发和植物抗性的分子机制。

植物在生长发育过程中面临多种病原菌胁迫，当植物细胞表面受体与胞外信号结合后需要第二信使传递并放大信号，使植物具备更强的防御能力。ROS作为一种保守的第二信使，在植物应对病原菌侵害过程中发挥重要作用。但ROS迸发需要受到精准地调控以确保其只激活防御反应而不会对植物造成有害影响。在PTI（PATTERN-TRIGGERED IMMUNITY）过程中，ROS主要由NADPH氧化酶RBOHD产生。为了确保ROS水平处于适当状态，当没有病原菌感染时，RBOHD蛋白通过磷酸化和泛素化修饰被运输至液泡中降解，但介导该蛋白在液泡中降解的关键酶尚不清楚。

半胱氨酸蛋白酶抑制剂（CYSTATINs，CYSs）是植物防御病原体的重要调节因子。为了研究在拟南芥基础防御中关键的CYSs，作者比较了野生型(WT)和拟南芥CYSs基因突变体对丁香假单胞菌Psm ES4326的抗性。其中，cys6突变体对Psm ES4326表现出超敏表型。同时用灰霉菌Botrytis cinerea来检测CYS6是否也能增强植物对其他病原体的防御能力。结果显示，在cys6叶片上造成的损伤比在WT叶片上造成的损伤更大。基于以上发现，作者推测CYS6可能参与调控PTI，通过将elf18（一种可诱导PTI反应的常用PAMP）处理WT和cys6植株，并检测了它们的PTI反应，包括菌生长量、MPK3/6的磷酸化水平和ROS水平。结果显示在cys6植株中表现出PTI缺陷的表型，表明CYS6参与调控PTI过程。进一步实验证明CYS6调控PTI依赖它的蛋白酶抑制剂功能。所以作者通过双分子荧光素酶互补实验从半胱氨酸蛋白酶家族（PAPAIN-LIKE CYSTEINE PROTEASES）中筛选与CYS6互作的蛋白酶，并通过pull-down及BiFC实验验证了CYS6可以与XCP1互作，xcp1突变体表现出PTI反应增强，表明XCP1负调控PTI免疫过程，并通过cys6xcp1双突验证了XCP1确实是CYS6的下游靶蛋白。

基于文献报道RBOHD是通过液泡介导其降解过程，且XCP1是液泡定位蛋白，所以作者猜测XCP1是否介导了RBOHD的降解。通过在xcp1突变体里及在烟草中共表达RBOHD和XCP1检测RBOHD的蛋白量，显示XCP1是介导RBOHD降解的蛋白酶。并发现CYS6抑制了XCP1对RBOHD降解能力。在PTI免疫过程中，RBOHD会逐渐积累，通过分析在PTI过程中cys6突变体中RBOHD的蛋白含量发现RBOHD的蛋白积累依赖CYS6。

综上，该研究发现，在静息状态下，磷酸化和泛素化修饰的RBOHD蛋白通过囊泡运输至液泡中被XCP1降解，以限制ROS的产生；而在病原体感染时，CYS6可以抑制XCP1对RBOHD的降解能力，从而导致RBOHD蛋白的积累，以促进ROS迸发和植物抗性。由于CYS6、XCP1和RBOHD在多种植物中具有较强的保守性，不排除在其他物种中也存在利用CYS6-XCP1-RBOHD模块调控ROS迸发机制的可能性。

山东大学生命科学学院博士生刘扬为该论文第一作者，刘利静教授为通讯作者，硕士生宫婷婷和博士后孔祥久均做出重要贡献，同时山东大学生命科学学院孙佳琦教授对该论文进行了指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金(32000224)支持。

文章链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad262/7308433