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Plant Com | 山东农业大学崔海涛/薛丽团队揭示水稻分泌蛋白OsCRRSP1同时靶向病原菌与内源过氧化氢酶增强广谱抗病性

2026-05-14 21:39:10

DOI:10.1016/j.xplc.2026.101878

2026年4月29日，山东农业大学崔海涛、薛丽教授团队在Plant Communications 期刊上在线发表了题为Cysteine-rich secreted protein OsCRRSP1 enhances rice defense by dual inhibition of pathogen and rice catalases 的研究论文。揭示水稻含有DUF26结构域的富半胱氨酸分泌蛋白OsCRRSP1能同时靶向真菌病原菌过氧化氢酶MoCatB和内源过氧化氢酶OsCatB，通过双重抑制过氧化氢酶活性维持ROS积累、增强免疫。并且该模块对稻瘟病和白叶枯病均具有广谱抗性，为水稻广谱抗病分子育种提供了极具潜力的新靶点。

研究背景

质外体（Apoplast）是植物感知外界病原入侵的最前沿战场。在这场微观攻防中，活性氧（ROS）作为核心免疫信号，其积累与清除的动态平衡直接决定侵染结果。对ROS的操纵和调控也是病原菌和宿主互作的关键博弈点。

研究内容

1. OsCRRSP1是水稻抗稻瘟病的关键正调控因子

研究团队在水稻中鉴定到一个在稻瘟菌侵染前期显著上调的分泌蛋白基因 OsCRRSP1（Cysteine-rich receptor-like secreted protein 1）。Oscrrps1缺失突变体对稻瘟病的抗性显著降低，而过表达OsCRRSP1则显著增强稻瘟病抗性性，表现为病斑减小、真菌生物量下降。防御标记基因（OsPBZ1、OsPAL、JIOsPR10、OsPR3）的表达水平以及几丁质诱导的胼胝质沉积与抗病表型一致（图1）。值得注意的是，过表达OsCRRSP1增强抗性的同时对水稻主要农艺性状无显著影响，表明OsCRRSP1特异性调控免疫反应而无明显生长代价。

图1 OsCRRSP1正调控水稻的稻瘟病抗性

2. OsCRRSP1同时靶向病原菌与内源过氧化氢酶

体外抑菌试验证明OsCRRSP1蛋白无直接抑菌活性。亚细胞定位观察发现OsCRRSP1定位于质外体和细胞质（通过酵母分泌系统、质壁分离、原生质体和质外体提取方法验证）。因此，推测其可能通过中和病原菌分泌的毒力效应子来发挥功能。利用免疫共沉淀联合质谱（IP-MS）筛选稻瘟菌培养上清液中的互作蛋白，鉴定到一个稻瘟菌的关键毒力因子-过氧化氢酶MoCatB。该酶在附着胞成熟期高表达，且被分泌到宿主质外体空间。通过免疫共沉淀（Co-IP）、荧光素酶互补（Split-Luc）、蛋白pull-down和酵母双杂交（Y2H）等多种实验系统，一致证实OsCRRSP1与MoCatB存在直接蛋白互作（图2）。

利用酵母系统对水稻cDNA文库进行互作蛋白筛选，进一步鉴定到OsCRRSP1与OsCatB也存在特异性互作。OsCatB已被报道作为ROD1（免疫抑制性钙调蛋白）的互作蛋白，通过促进ROS清除负调控水稻免疫（Gao et al., 2021）。Pull-down、Co-IP、Split-Luc等实验证实了OsCRRSP1与OsCatB的互作；同时亚细胞定位显示两者在细胞质区存在共定位，稻瘟病菌侵染后OsCatB的表达水平也显著上调（图3）。

图2 OsCRRSP1与稻瘟病菌的过氧化氢酶MoCatB存在相互作用

图3 OsCRRSP1与水稻的过氧化氢酶OsCatB存在相互作用

3. OsCRRSP1同时抑制病原菌和内源 CatB活性，促进ROS积累

在Oscrrsp1突变体中，稻瘟菌侵染诱导的H₂O₂积累以及几丁质诱导的ROS爆发均显著低于野生型（图4），表明OsCRRSP1正调控ROS积累。生化水平的酶学分析显示，OsCatB与MoCatB均具有高效降解H₂O₂的活性，而与OsCRRSP1共表达后，两者酶活性均受显著抑制，说明OsCRRSP1可抑制CatB活性。稻瘟菌侵染后的植物内源CatB活性检测表明，与野生型水稻比较，细胞内过氧化氢酶活性在Oscrrsp1突变体升高，而在过表达植株中显著降低（图4）。这些结果表明， OsCRRSP1通过同时靶向并抑制病原菌和内源过氧化氢酶活性，促进ROS积累，从而正调控水稻对稻瘟菌的抗性。

图4 OsCRRSP1双重抑制病原体来源和内源过氧化氢酶的酶活性

4. OsCRRSP1介导水稻对稻瘟病和白叶枯病的广谱抗性

ROS是植物广谱抗性的核心信号。因此，该研究进一步检测了OsCRRSP1在水稻抗细菌性病害中的作用。首先，细菌鞭毛蛋白多肽flg22诱导的ROS 在Oscrrsp1突变体中降低，而在OsCRRSP1过表达株系中升高，表明OsCRRSP1也调控细菌诱导的ROS。其次，白叶枯病菌接种实验显示，Oscrrsp1突变体病斑长度增加，而OsCRRSP1过表达株系病斑长度缩短。最后，MoCatB过表达降低了水稻对白叶枯病的抗性。这些结果表明OsCRRSP1调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的广谱抗性。

基于上述结果，研究提出如下工作模型：病原菌侵染诱导OsCRRSP1表达并分泌至质外体，一方面抑制病原菌MoCatB，阻断其清除ROS的毒力功能；另一方面部署在胞内的OsCRRSP1抑制内源OsCatB，解除ROS负调控。双重抑制协同放大ROS信号，形成免疫正反馈回路（图5）。

图5 OsCRRSP1调控病原菌侵染过程ROS积累的工作模型

研究意义

该研究首次揭示水稻OsCRRSP1蛋白能够同时靶向病原菌和内源的过氧化氢酶，实现“一箭双雕”的效果，放大ROS信号，从而增强植物抗病能力。这一全新免疫机制，与此前报道的GhCRR1保护几丁质酶、OsRMC结合CBM1等功能完全不同（Han et al., 2019；Takeda et al., 2022）；也不同于含激酶结构域的DUF26蛋白AtCRK2通过磷酸化RBOHD来提升ROS产生的方式（Kimura et al., 2020）。OsCRRSP1选择作用于ROS清除端，为现有的ROS调控网络提供了重要补充。

参考文献

Gao, M., He, Y., Yin, X., Zhong, X., Yan, B., Wu, Y., Chen, J., Li, X., Zhai, K., Huang, Y., et al. (2021). Ca²⁺ sensor-mediated ROS scavenging suppresses rice immunity and is exploited by a fungal effector. Cell 184:5391-5404.e5317. 10.1016/j.cell.2021.09.009.

Han, L.B., Li, Y.B., Wang, F.X., Wang, W.Y., Liu, J., Wu, J.H., Zhong, N.Q., Wu, S.J., Jiao, G.L., Wang, H.Y., et al. (2019). The Cotton Apoplastic Protein CRR1 Stabilizes Chitinase 28 to Facilitate Defense against the Fungal Pathogen Verticillium dahliae. The Plant cell 31:520-536. 10.1105/tpc.18.00390.

Kimura, S., Hunter, K., Vaahtera, L., Tran, H.C., Citterico, M., Vaattovaara, A., Rokka, A., Stolze, S.C., Harzen, A., Meißner, L., et al. (2020). CRK2 and C-terminal Phosphorylation of NADPH Oxidase RBOHD Regulate Reactive Oxygen Species Production in Arabidopsis. The Plant cell 32:1063-1080. 10.1105/tpc.19.00525.

Takeda, T., Takahashi, M., Shimizu, M., Sugihara, Y., Yamashita, T., Saitoh, H., Fujisaki, K., Ishikawa, K., Utsushi, H., Kanzaki, E., et al. (2022). Rice apoplastic CBM1-interacting protein counters blast pathogen invasion by binding conserved carbohydrate binding module 1 motif of fungal proteins. PLoS pathogens 18:e1010792. 10.1371/journal.ppat.1010792.

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