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为探究植物质外体（APF）的组成与功能，华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员开展 APF 中蛋白酶体相关研究。他们发现 APF 含功能性外蛋白酶体，参与 MAMP 触发的病原体防御。该成果为理解植物免疫提供新视角，值得科研人员阅读。
在植物研究领域，华盛顿大学圣路易斯分校生物学系（Department of Biology, Washington University in St. Louis）的研究人员开展了一系列实验，旨在探究植物质外体（apoplast）的组成成分及其功能，尤其是质外体中蛋白酶体（proteasomes）的作用机制。
植物质外体是细胞外的重要微环境，涵盖细胞壁、细胞间隙和木质部等区域，充满质外体流体（apoplastic fluid，APF）。此前，人们对质外体的了解相对有限，其成分和功能尚不明确。华盛顿大学圣路易斯分校生物学系的研究人员改进了拟南芥（Arabidopsis）质外体流体的富集方法，通过该方法对质外体的组成进行了更精确的界定。
研究人员采用真空渗透（vacuum-infiltration）结合低速离心的策略，从拟南芥叶片中分离质外体流体。在提取缓冲液中添加 ATP，以稳定可能存在的 26S 蛋白酶体复合物。经检测，该方法分离得到的质外体流体中，叶绿体（chloroplast）和胞质（cytosol）的污染极少。研究人员进一步对质外体流体进行蛋白质组学分析，通过液相色谱 - 串联质谱（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）技术，鉴定出大量质外体蛋白。与之前的研究和拟南芥信息资源库（The Arabidopsis Information Resource，TAIR）的预测结果相比，此次鉴定的蛋白种类有所扩展，同时也减少了一些因分离方法不严谨而可能混入的非质外体蛋白。然而，研究人员也指出，质外体蛋白的鉴定仍面临诸多挑战，如细胞破碎导致的蛋白污染、蛋白定位错误或存在于多个细胞区室、程序性细胞死亡过程中其他区室蛋白的释放，以及某些蛋白可能被有意转运至质外体进行降解等。
在对质外体流体的研究过程中，华盛顿大学圣路易斯分校生物学系的研究人员注意到其中存在一些形态与蛋白酶体核心颗粒（core particle，CP）相似的结构。随后，他们综合运用多种实验技术，包括透射电子显微镜（transmission electron microscopy，TEM）、质谱分析、免疫印迹（immunoblotting）、免疫耗竭（immune-depletion）、特异性活性测定和抑制剂敏感性测试等，证实了拟南芥质外体中确实存在功能性的细胞外（extracellular，ex）蛋白酶体。这些细胞外蛋白酶体主要以游离的 CP 形式存在，也有部分 CP 与一个或两个调节颗粒（regulatory particle，RP）结合形成 26S 复合物。
鉴于细胞外蛋白酶体的存在，研究人员推测其可能参与微生物相关分子模式（microbe-associated molecular pattern，MAMP）触发的植物免疫防御过程。他们以鞭毛蛋白（flagellin）及其衍生的 flg22 肽为例，通过实验发现细胞外蛋白酶体能够促进鞭毛蛋白释放 flg22 肽，进而诱导活性氧（reactive oxygen species，ROS）爆发，增强植物的基础病原体防御能力。研究人员使用蛋白酶体抑制剂硼替佐米（bortezomib，BTZ）、MG132 和环氧霉素（epoxomicin，Epo）处理质外体，发现这些抑制剂能够有效抑制由鞭毛蛋白诱导的 ROS 爆发，但对 flg22 单独诱导的 ROS 爆发影响较小，表明细胞外蛋白酶体在 flg22 产生之前发挥作用。此外，丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）分泌的毒力效应子丁香菌素 A（syringolin A，SylA）也能抑制细胞外蛋白酶体的活性，进而抑制鞭毛蛋白介导的 ROS 爆发，这揭示了丁香假单胞菌逃避植物免疫防御的一种机制。
为了探究细胞外蛋白酶体的分泌机制，华盛顿大学圣路易斯分校生物学系的研究人员对多个自噬相关突变体进行了研究，包括自噬体组装缺陷的突变体（atg5 - 1、atg7 - 2 和 atg12a - 1 atg12b - 2）、RPN10 功能缺失的突变体（rpn10 - 1）以及影响自噬体成熟的突变体（csf - 1）等。研究结果表明，这些突变对质外体流体中细胞外蛋白酶体的水平和活性影响较小，说明细胞外蛋白酶体的分泌可能通过一种非经典自噬的途径进行。
综上所述，华盛顿大学圣路易斯分校生物学系的研究人员通过一系列实验，深入剖析了植物质外体的组成和功能，证实了细胞外蛋白酶体在植物病原体防御中的重要作用，并对其分泌机制进行了初步探索。这些研究成果为深入理解植物与病原体之间的相互作用提供了新的视角，也为植物免疫防御机制的研究奠定了重要基础。
