编辑推荐：
植物在面对外界胁迫时，RNA 代谢调控至关重要，但膜受体如何传递信号驱动 RNA 代谢尚不明确。研究人员开展水稻中 FLR2 与 CPR5 相关研究，发现 FLR2 磷酸化 CPR5，调节 OsEIL1 的 mRNA poly (A) 尾加工和翻译，增强水稻对稻瘟病的抗性。这揭示了新的免疫调控途径。
在植物的生长过程中，它们时刻面临着各种外界的威胁，比如病原菌的侵袭。当植物感受到这些危险信号时，如何巧妙地调整自身的基因表达来抵抗病害，一直是科学家们努力探索的神秘领域。其中，RNA 代谢在调节基因表达方面起着举足轻重的作用，它就像是一个精密的开关，控制着植物应对外界胁迫时的各种反应。然而，长久以来，一个关键的问题始终困扰着科研人员：植物究竟是怎样通过膜受体将外界信号传递出去，进而驱动 RNA 代谢的呢？这个谜题的答案不仅关乎我们对植物生命活动的深入理解，更对农业生产中的作物保护有着重要的指导意义。如果能够破解这个谜团，或许就能找到新的方法来帮助农作物抵御病害，提高粮食产量。
为了攻克这个难题，湖南杂交水稻研究中心的研究人员展开了深入的探索。他们将目光聚焦在了水稻身上，对 FERONIA 样受体 2（FLR2）和 mRNA 加工因子 CONSTITUTIVE EXPRESSER OF PATHOGENESIS-RELATED GENES 5（CPR5）进行了细致的研究。经过一系列艰苦的实验和分析，他们发现了一个令人惊喜的成果：FLR2 能够与 CPR5 相互作用并使其磷酸化，这一过程竟然可以调节免疫调节因子 OsEIL1 的 mRNA poly (A) 尾长度和翻译效率，最终增强水稻对稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的抵抗力 。这一发现就像是一把钥匙，为我们打开了植物免疫调控的新大门，揭示了一种全新的转录后调控途径，将膜信号感知与 RNA 代谢紧密联系在了一起。这不仅丰富了我们对植物免疫机制的认识，更为未来培育抗病水稻品种提供了关键的理论依据，对农业生产有着不可估量的价值。该研究成果发表在了《Plant Communications》杂志上。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，通过该技术构建了 flr2、cpr5 等突变体水稻植株；其次，采用酵母双杂交（Y2H）、荧光素酶互补实验（LCA）、双分子荧光互补（BiFC）等技术验证蛋白质之间的相互作用；还利用 mRNA poly (A) 尾长度分析测序（poly (A)-seq）、多聚核糖体谱分析等技术探究相关基因的 mRNA poly (A) 尾长度和翻译效率的变化。
下面来看具体的研究结果：
- FLR2 与 CPR5 的相互作用：研究人员通过酵母双杂交筛选，发现了 FLR2 与 CPR5 的相互作用。随后，利用荧光素酶互补实验、双分子荧光互补实验、GST pull-down 实验和免疫共沉淀实验（Co-IP）等多种方法，从不同角度进一步证实了它们在体内和体外都能发生物理相互作用，并且二者均定位于质膜，暗示它们可能在质膜上进行信号传递12。
- FLR2 对 CPR5 的磷酸化作用：对 CPR5 蛋白氨基酸序列分析后，推测其 N 端可能被 FLR2 磷酸化。体外磷酸化实验表明，FLR2 的胞内结构域（FLR2-CD）可以磷酸化 CPR5 的 N 端（CPR5-N）。通过电喷雾电离质谱（ESI-MS）分析，鉴定出 FLR2 磷酸化 CPR5 的位点为 Thr244、Ser270、Ser277、Thr285 和 Thr290。对这些位点进行突变实验，发现其中 Thr285 和 Ser270 对磷酸化的贡献较为关键。此外，研究还发现磷酸化有助于 CPR5 的核定位34。
- CPR5 对水稻抗稻瘟病能力的影响：研究人员利用 CRISPR/Cas9 系统构建了 cpr5 突变体，通过检测活性氧（ROS）产生、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）磷酸化水平以及防御相关基因的表达，发现 cpr5 突变体中 ROS 爆发更强烈、MAPK 磷酸化水平更高、防御相关基因表达上调，表明 CPR5 可能负向调控水稻对稻瘟病的抗性。同时，构建 CPR5 过表达植株，结果显示其对稻瘟病的抗性减弱，进一步验证了 CPR5 的负调控作用56。
- FLR2-CPR5 对相关基因 mRNA poly (A) 尾长度的调控：进行 mRNA poly (A) 尾长度分析测序（poly (A)-seq），发现 flr2 和 cpr5 突变体中部分与稻瘟病感染相关基因的 mRNA poly (A) 尾长度发生变化，其中 OsEIL1 基因在 cpr5 突变体中的 poly (A) 尾长于野生型。进一步实验表明，稻瘟病感染会诱导 OsEIL1 的 poly (A) 尾延长，且在 flr2 和 cpr5 突变体中延长更明显78。
- FLR2-CPR5 对 OsEIL1 mRNA 翻译的调控：通过 poly (A) 尾长度测定、多聚核糖体谱分析和蛋白质免疫印迹（western blotting）等实验，证实了 FLR2-CPR5 通过调节 OsEIL1 的 poly (A) 尾长度来影响其翻译效率。在稻瘟病感染后，flr2 和 cpr5 突变体中 OsEIL1 的翻译效率更高，其蛋白丰度也显著增加910。
- FLR2 介导的 CPR5 磷酸化对 OsEIL1 mRNA poly (A) 尾长度及水稻抗性的影响：构建 CPR5 磷酸化位点突变体，研究发现磷酸化在 FLR2-CPR5 介导的 OsEIL1 mRNA poly (A) 尾长度调控中起着关键作用。HA-CPR5mut5A 和 flr2×cpr5 双突变体中 OsEIL1 的 poly (A) 尾更长，翻译效率更高，对稻瘟病的抗性增强；而 HA-CPR5mut5D 的表型则与野生型相似，其对稻瘟病的抗性减弱。这表明 FLR2-CPR5-OsEIL1 poly (A) 尾长度构成了水稻对稻瘟病免疫反应重编程的新轴1112。
研究结论和讨论部分表明，该研究揭示了一种全新的植物免疫信号传导机制。受体样激酶（RLKs）在植物信号转导网络中发挥着关键作用，而 FLR2 作为其中一员，通过与 CPR5 的相互作用和磷酸化，直接调控了 OsEIL1 mRNA 的 poly (A) 尾长度和翻译效率，从而调节水稻对稻瘟病的抗性。这不仅为理解 RLKs 如何将细胞外信号转化为 RNA 代谢调控提供了新的视角，也为研究植物应对生物胁迫的分子机制开辟了新的方向。同时，研究还发现 CPR5 可能通过与 RNA 加工相关因子的相互作用来调节 mRNA 的 poly (A) 尾，这一过程可能受到磷酸化的调控，为后续深入研究 RNA 代谢调控提供了重要线索。总之，该研究为提高作物抗病性和环境适应性提供了潜在的策略，对农业生产和植物科学研究具有重要的意义。
