Plant Cell | 华中农业大学李国田/郑露课题组合作发现调控水稻免疫的氧化还原-表观遗传开关
植物与病原菌长期协同进化，形成了复杂精密的先天免疫系统，主要包括模式触发免疫（PTI）与效应子触发免疫（ETI），两类免疫通路激活后均会大量产生防御信号分子活性氧（ROS）。ROS作为强氧化性自由基，可对蛋白质、脂质、核酸等生物大分子进行氧化修饰。目前，表观遗传修饰因子能否直接感知ROS、进而调控植物免疫的分子机制尚不明确。近日，华中农业大学李国田/郑露课题组合作在The Plant Cell发表了题为A catalase-mediated redox-epigenetic switch governs rice immunity hijacked by a fungal effector的研究论文。该研究发现，水稻免疫激活产生的ROS可通过氧化修饰抑制组蛋白去乙酰化酶OsHDA705的活性，重塑组蛋白修饰状态，进而激活抗病相关基因表达，启动植物免疫反应。而稻曲病菌可分泌效应子UvSE1，通过稳定水稻过氧化氢酶OsCATB加速清除体内ROS，使OsHDA705恢复还原态与酶活性，进而阻断水稻免疫防御通路，最终促进病原菌侵染。该研究发现病原菌侵染水稻早期，ROS大量爆发诱导水稻组蛋白去乙酰化酶OsHDA705发生氧化修饰，该修饰抑制了OsHDA705的去乙酰化酶活性。通过BIAM标记和生物素置换实验、质谱和修饰位点点突变功能分析鉴定出C256氧化修饰是调控酶活的关键残基。OsHDA705酶活降低导致组蛋白H3K9ac、H3K9bhb和H4K8hib等酰化修饰水平显著升高，使染色质更加开放，进而协同激活下游防御基因的表达，最终增强植株对多种病原菌的广谱抗病。在此基础上，一个亟待解答的问题随之浮现：既然ROS可氧化OsHDA705，那么该氧化过程是何种因子介导了其还原复位？通过酵母双杂交筛选，研究人员发现了一个还原制动器-过氧化氢酶OsCATB。进一步实验表明，OsCATB与OsHDA705存在直接互作，且H2O2处理反而增强二者结合。在catb突变体中，OsHDA705氧化修饰水平显著增加；体外实验证明OsCATB可直接催化OsHDA705由氧化态还原至还原态，且该还原活性依赖于C256残基。综上，该研究不仅解析了ROS触发免疫的起始信号，还揭示了ROS消退后系统复位的内在机制，从而完整建立了一个以OsHDA705为核心、由ROS与OsCATB双向调控的可逆氧化还原分子开关。ROS是植物抵御病原菌入侵寄主的有力武器，作为反击，病原菌进化出多种效应子来抑制或清除寄主ROS。本研究发现稻曲病菌效应子UvSE1通过与OsCATB互作，提高其蛋白稳定性并增强CAT酶活性，促进ROS的加速清除。ROS水平的下降减弱了OsHDA705氧化修饰程度，使其去乙酰化酶活性得以恢复，进而催化组蛋白H3K9bhb、H3K9ac及H4K8hib等酰化标记的去修饰，抑制下游防御基因的表达，最终削弱水稻的抗病性。综上所述，稻曲病菌效应蛋白UvSE1通过增强OsCATB介导的ROS清除，降低OsHDA705氧化修饰水平，促进OsHDA705对转录因子OsIPA1及组蛋白酰化修饰的去除，最终导致防御基因表达水平下调，从而削弱水稻免疫。本研究构建了一个氧化还原-表观遗传耦合开关（redox–epigenetic switch）模型，该模型将ROS信号感知、组蛋白酰化重塑、免疫转录重编程及其病原菌效应子对ROS稳态的干扰，系统性地串联于同一信号传导通路之中。解析了表观遗传修饰因子直接感知ROS、进而调控植物免疫的全新分子机制。华中农业大学陈晓洋教授和郑露教授为论文的通讯作者，安徽农业大学/华中农业大学联合培养博士生方圆、华中农业大学博士生王睿和博士后段宇航为论文共同第一作者。华中农业大学李国田教授，黄俊斌教授，陈小林教授，刘浩副教授和加拿大圭尔夫大学Tom Hsiang教授对该项研究提供了指导和帮助。本研究得到国家自然科学基金和安徽省自然科学基金等项目资助。https://doi.org/10.1093/plcell/koag219附：华中农业大学水稻病害绿色防控团队招聘博士后启事李国田，华中农业大学教授、博士生导师，长期从事水稻–稻瘟菌互作研究，主要以人工智能、基因编辑及蛋白设计等前沿生物技术实现作物广谱抗病改良。以第一作者或共同通讯作者的身份在Nature (2023, 2025)、Genome Biology、Plant Cell、Molecular Plant、Trends in Microbiology及Trends in Plant Science等期刊发表论文30余篇，其中4篇入选ESI高被引论文，以第一发明人获国家发明专利10项。研究成果入选“2023年度湖北十大科技进展”；并获批国家自然科学基金青年科学基金项目（A类）等国家基金项目。陈晓洋，华中农业大学教授、博士生导师。以水稻–稻曲病菌互作机制，表观遗传修饰调控植物抗病性作为主要研究方向。以通讯/第一作者（含共同）在Plant Cell、Science Advances、Molecular Plant、Nature Communications、Trends in Plant Science等期刊发表SCI论文20余篇，其中1篇ESI热点论文和2篇高被引论文。担任Nature Plants、Nature Communications等20种期刊审稿人。1. 年龄不超过33周岁，获得博士学位一般不超过3年。2. 具有植物病理学、分子生物学、蛋白设计、遗传学等背景，熟练掌握相关知识与技能。3. 有独立设计和开展科研的能力，并具备较好的沟通与协作能力。1. 年薪税前不低于22万元，享受在编职工同等福利。2. 课题组提供优厚的学术奖励和充足的实验经费以及先进的实验平台。3. 课题组全力支持在站博士后申报各类国家级和省级青年项目。4. 团队预留有充足的名额，优先鼓励和支持优秀博士后出站后留校工作。
