NIBS北生所最新成果登国际权威刊物

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所，英属哥伦比亚大学等处的研究人员发表了题为“The MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 Kinase Cascade Negatively Regulates Immunity Mediated by a Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase in Arabidopsis”的文章，通过正向遗传筛选，发现MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 蛋白激酶通路负调控由MEKK2所介导的免疫反应，而一旦该激酶通路被阻断，MEKK2的激活可引起SUMM2介导的免疫反应。相关成果公布在The Plant Cell杂志上。

文章通讯作者为北京生命科学研究所的张跃林研究员，第一作者是北京生命科学研究所的博士生孔青和曲娜博士，其他参与研究的还包括英属哥伦比亚大学Oliver X.Dong和李昕博士，北京生命科学研究所的高明辉博士、张志斌、丁小军、杨帆、李应中博士和陈涉博士。

在与病原菌的长期抗争过程中，植物进化出了复杂的先天性免疫系统。病原相关分子模式(PAMP)所诱发的免疫反应是植物的第一道免疫防线，而植物的抗性蛋白（R）可识别病原菌的毒性蛋白，引发强烈的免疫反应。

MAPK信号通路在植物先天性免疫反应中发挥着重要的调控功能。PAMP受体下游有一条重要的MAPK级联信号通路：MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4。已有的研究表明，mekk1，mkk1/2 和mpk4 突变体均表现出自身免疫激活和细胞死亡的表型，但机制尚不明朗。

为了解析这一机制，在这篇文章中，研究人员在mkk1/2突变体背景下进行了抑制子的正向遗传筛选。他们把其中一个突变体命名为summ1，它不仅可以抑制mkk1/2的免疫反应和细胞死亡，而且可以抑制mekk1和mpk4的表型。

通过图位克隆，研究人员发现SUMM1编码MEKK2蛋白，该蛋白是一个典型的MAP Kinase Kinase Kinase。并且他们还发现SUMM1可以与MPK4相互作用，并且在体外可以被MPK4磷酸化。SUMM1过表达可以激活植物的抗病反应和细胞死亡，而这些反应又依赖于NB-LRR R蛋白SUMM2。

这项研究结果表明，MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 蛋白激酶通路负调控由MEKK2所介导的免疫反应，而一旦该激酶通路被阻断，MEKK2的激活可引起SUMM2介导的免疫反应。

张跃林研究组致力于先天性免疫和功能基因组学两方面的研究，去年曾在Plant Physiology上发表文章，介绍了一种新的高通量的SAR筛选体系，以及这种方法在正向遗传学中的应用。

他们建立了一种“涂和喷”的高通量的SAR筛选体系。这种“涂和喷”的实验简单方便，省时省力，可以应用在正向遗传学中。用这个方法进行的大规模的正向遗传学筛选筛到了若干已知的在植物免疫方面的突变体。包括6个fmo1突变体，4个ald1突变体，3个sid2突变体，1个pad4突变体和1个pbs3突变体。除此以外，还得到了一个CAMTA3的gain-of-function的突变体，他们将其命名为camta3-3D。camta3-3D表现出明显的SAR缺陷，以及对细菌病原的显著敏感性。CAMTA3过表达的株系也表现出对病原菌更加敏感的表型。这些都证明CAMTA3是一个在植物免疫中起到重要作用的负调节因子。

（生物通：万纹）

原文摘要：

The MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 Kinase Cascade Negatively Regulates Immunity Mediated by a Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase in Arabidopsis

In Arabidopsis thaliana, the MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade represses cell death and immune responses. In mekk1, mkk1 mkk2, and mpk4 mutants, programmed cell death and defense responses are constitutively activated, but the mechanism by which MEKK1, MKK1/MKK2, and MPK4 negatively regulate cell death and immunity was unknown. From a screen for suppressors of mkk1 mkk2, we found that mutations in suppressor of mkk1 mkk2 1 (summ1) suppress the cell death and defense responses not only in mkk1 mkk2 but also in mekk1 and mpk4. SUMM1 encodes the MAP kinase kinase kinase MEKK2. It interacts with MPK4 and is phosphorylated by MPK4 in vitro. Overexpression of SUMM1 activates cell death and defense responses that are dependent on the nucleotide binding–leucine-rich repeat protein SUMM2. Taken together, our data suggest that the MEKK1-MKK1/MKK2-MPK4 kinase cascade negatively regulates MEKK2 and activation of MEKK2 triggers SUMM2-mediated immune responses.

作者简介：
张跃林
博士，北京生命科学研究所研究员

教育经历
1989 复旦大学遗传学及遗传工程专业 学士
1995 美国俄克拉荷马州立大学生物化学及分子生物学专业 理学博士

工作经历
2001-2005 英属哥伦比亚大学，Michael Smith 实验室 荣誉助教授
2000-2001 Maxygen公司农业基因项目主管
1998-2000 Tellus Genetics公司实验室主任
1998-1999 杜克大学生物学系发育、细胞及分子生物学部 博士后研究助理
1995-1998 北卡罗莱纳大学化学系 博士后研究助理

研究概述：
本实验室的研究兴趣主要集中在两个方面：先天性免疫和功能基因组学。
先天性免疫
别和抵抗微生物的侵染对于多细胞生物的存活是至关重要的。在此过程中，先天性免疫起着关键性作用。动物中的受体（如Toll样受体、Nod蛋白）对病原配体的识别诱导了先天性免疫反应；在植物中，抗病基因产物对病原无毒信号的识别启动了下游的信号级联反应，从而限制了病原的增殖和扩散。植物的大多数抗病蛋白与动物的 Nod蛋白具有结构上的同源性。越来越多的研究表明，二者下游的信号通路也非常相似。抗病蛋白介导的抗病反应通常导致局部性细胞凋亡，在植物学上称为过敏反应。系统获得性抗性是过敏反应之后的次级反应，它赋予植物对广谱病原体的非特异性的系统抗性 (SAR)。我们实验室正致力于用遗传和生化的方法来寻找调控SAR信号传导的关键组分并阐明他们调控先天性免疫反应的潜在机理。

功能基因组学
多种多细胞生物如拟南芥、人类和小鼠的全基因组测序工作已经完成，但大多数基因的功能仍然未知。由于拟南芥中绝大多数基因的敲除突变体都已获得，因此拟南芥已成为分析基因功能的强有力平台。我们实验室正致力于用系统生物学的方法研究拟南芥中的大量基因，从而鉴定到在先天性免疫及其他一些动植物共有的生物学过程中起重要作用的基因的功能。