过氧化物酶体蛋白增强植物免疫力，使其在环境胁迫下茁壮成长

水杨酸对保护植物免受病原体侵害至关重要，但其合成方法尚不清楚。信州大学研究人员最近的一项研究发现，蛋白质HSR201是其产生的关键。他们发现HSR201通过一种独特的靶向信号定位到被称为过氧化物酶体的特定细胞器上。这一发现提高了我们对植物如何产生水杨酸的理解，并为开发具有更好抗病能力的转基因作物铺平了道路。

　　

水杨酸对保护植物免受病原体侵害至关重要，但其合成方法尚不清楚。信州大学研究人员最近的一项研究发现，蛋白质HSR201是其产生的关键。他们发现HSR201通过一种独特的靶向信号定位到被称为过氧化物酶体的特定细胞器上。这一发现提高了我们对植物如何产生水杨酸的理解，并为开发具有更好抗病能力的工程作物铺平了道路。

植物激素或植物激素对植物生长、适应和防御至关重要。水杨酸是一种关键的激素，对植物免疫至关重要，并通过两种主要途径产生：异氯酸合成酶（ICS）途径和苯丙氨酸解氨酶（PAL）途径。许多植物激素是通过过氧化物酶体的β-氧化过程产生的，包括产生水杨酸的途径。虽然PAL通路也涉及β氧化，但其确切机制尚不清楚。

研究人员最近发现了蛋白质苯甲醇O-苯甲酰转移酶HSR201，它有助于烟草中水杨酸的产生，并可能在PAL途径中发挥关键作用。为了进一步研究这一点，由信州大学科学与技术研究生院副教授Shinpei Katou博士领导的一个团队，与来自信州大学的助理教授Yukako Tokutake博士和Akira Hosomi博士以及Katsuharu Saito教授和Shinichi Yonekura教授一起，研究了HSR201如何在植物细胞内定位。他们发现HSR201位于过氧化物酶体中，过氧化物酶体是负责代谢过程的小细胞区室，它的定位是由水杨酸生产所必需的独特靶向信号介导的。他们的研究于2024年10月29日在线发表在《Plant and Cell Physiology》上。

研究小组用一种叫做mVenus的黄色荧光标记物标记HSR201，并将其与过氧化物酶体的红色荧光标记物（mCherry-PTS1）进行比较，从而追踪了HSR201在植物细胞中的位置。“我们第一次发现HSR201主要位于过氧化物酶体中，这是一个非常出乎意料的发现，”Katou博士分享道。研究小组捕捉到了引人注目的荧光图像，显示了带有mVenus标记的HSR201，它在过氧化物酶体中聚集时发出黄色的光，并以红色突出显示，从而引发了对这种精确定位背后机制的调查。

为了了解HSR201如何定位在过氧化物酶体中，研究人员创造了一系列氨基酸序列发生微小变化的HSR201突变体。他们发现，只有存在于HSR201蛋白质结构中的特定序列允许它进入过氧化物酶体，从而在蛋白质末端或c端识别出一种独特的靶向信号，称为过氧化物酶体靶向信号（PTS），这是该过程的关键。“与典型的过氧化物酶体靶向信号不同，HSR201的PTS是独特的，不符合通常的共识序列。这是一个令人惊讶的发现，表明HSR201通过一种特殊的途径到达过氧化物酶体，”Katou博士解释说。

他们进行了更多的实验，表明一种名为PEX5的分子通过识别其独特的PTS信号将HSR201引导到过氧化物酶体。这证实了HSR201使用PTS1途径，而不是替代性的PTS2途径，两者都参与蛋白质定位到过氧化物酶体。为了证实HSR201在水杨酸生产中的作用，研究人员将正常和突变的HSR201蛋白引入烟草植株。

“我们的主要发现是，当植物暴露于病原体时，只有指向过氧化物酶体的野生型HSR201才会增加水杨酸水平，”Katou博士说。“这表明植物要有效地保护自己，HSR201必须位于过氧化物酶体中。”研究小组发现，HSR201独特的PTS在酵母中起作用，但在人类细胞中不起作用，这揭示了蛋白质运输的物种特异性差异。通过关注水杨酸途径，这些结果突出了该蛋白在创造抗病作物中的潜在作用。

这项研究揭示了HSR201途径和过氧化物酶体靶向如何促进植物水杨酸的产生。这些发现为开发抗病作物、支持粮食安全和符合联合国可持续发展目标的可持续农业提供了新的机会。

Katou博士反思了未来的发展方向，他说：“我们发现独特的非标准PTS1途径对于HSR201在过氧化物酶体中的正确定位至关重要，过氧化物酶体对水杨酸的生物合成至关重要。然而，与典型（规范）PTS1通路相比，该通路的确切作用尚不清楚。我们的目标是提高我们对这一过程的理解，这可能有助于制定新的战略，以潜在地提高作物的抗灾能力和可持续性。”

Peroxisomal Localization of Benzyl Alcohol O-Benzoyltransferase HSR201 is Mediated by a Non-canonical Peroxisomal Targeting Signal and Required for Salicylic Acid Biosynthesis