Plant Communications—范江波课题组证实OsRbohI才是水稻先天免疫反应活性氧爆发的关键因子

近日，协同创新中心范江波课题组在Plant Communications杂志上发表了题为"OsRbohI Is the Indispensable NADPH Oxidase for Molecular Patterns Induced Reactive Oxygen Species Production in Rice"的研究论文，证实了OsRbohI才是水稻先天免疫反应活性氧爆发的关键因子，而非OsRbohB。

植物的先天免疫系统主要由分子模式触发的免疫PTI（PAMP triggered immunity）和效应子触发的免疫ETI（Effector triggered immunity）两层免疫组成。胞外活性氧爆发是植物PTI最典型的免疫反应之一，是由质膜定位的NADPH氧化酶——Rboh（respiratory burst oxidase homologs）介导的。活性氧既能够直接杀死病原菌，也可作为重要的信号分子来传递免疫激活信号，对植物抵抗病原菌的入侵具有至关重要的作用。在双子叶模式植物拟南芥中，AtRbohD是PTI免疫反应活性氧爆发的主要蛋白。水稻基因组编码9个Rboh成员（OsRboh A到I），自2007年报道以来，OsRbohB一直被认为是控制水稻PTI活性氧爆发的关键因子，水稻抗病领域相关研究均围绕OsRbohB开展。

该研究首先发现，此前认为在水稻免疫中起关键作用的OsRbohB的4个突变体经PAMP诱导，均表现出与野生型相当水平的活性氧爆发，表明OsRbohB不是控制水稻PTI活性氧爆发的关键因子。是否存在其它的OsRboh成员参与水稻的活性氧爆发呢？作者分析发现OsRbohI, OsRbohE和OsRbohB是叶片中表达量最高的3个成员，占OsRboh总表达量的80%以上。进化分析发现水稻OsRbohI与拟南芥AtRbohD的亲缘关系最近，二者处在同一进化分支上，而OsRbohE与AtRbohD的亲缘关系相对较远。作者还发现osrbohe突变体的活性氧爆发表型与野生型没有显著差别，表明OsRbohE也不是控制水稻PTI活性氧爆发的关键因子。对4个osrbohi突变体株系的活性氧诱导分析结果显示，活性氧爆发在4个osrbohi突变体中均完全丧失，表明OsRbohI是控制水稻PTI活性氧爆发的关键因子。

活性氧与植物的抗性病显著相关，为了验证OsRbohI在水稻抗病中的作用，对3个osrbohi突变体株系进行稻瘟菌的接种，结果显示，所有的osrbohi突变体株系都出现出极显著的易感性，表明OsRbohI正调水稻对稻瘟病菌的抗性。

为了验证Rboh在单子叶和双子叶植物间的保守性，作者用水稻OsRbohI、OsRbohB和OsRbohE基因互补拟南芥atrbohd突变体的活性氧爆发缺陷，结果表明只有OsRbohI可以互补拟南芥atrbohd突变体的活性氧爆发缺陷，而OsRbohB和OsRbohE均不能。OsRbohI跨物种发挥作用，表明Rboh在单双子叶植物间具有功能保守性。作者还发现OsRbohI与AtRbohD共享多个保守的磷酸位点，包括3个关键的磷酸化位点S339、S343和S347，而OsRbohB则未检测到这三个位点的磷酸化，进一步表明OsRbohI和AtRbohD在活性调控上的保守性。

博士生赵智芳和博士后孙爱清为论文共同第一作者，范江波副教授是该论文通讯作者。

论文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(24)00525-X