近日，福建農(nóng)林大學唐定中教授團隊在《PNAS》雜志上發(fā)表題為“Loss of calcium-dependent protein kinases OsCPK5 and OsCPK13 leads to NLR-dependent resistance in rice”的研究成果。福建農(nóng)林大學植物免疫中心博士后王占春博士為該論文的第一作者，唐定中教授和王偉教授為該論文的共同通訊作者。

該研究揭示水稻鈣依賴蛋白激酶OsCPK5和OsCPK13具有Ca2+和病原菌誘導的激酶活性，正調(diào)控稻瘟病抗性。并且，OsCPK5和OsCPK13均與NLR蛋白OsCARP1 (OsCPK5/13-ASSOCIATING RESISTENCE PROTEIN 1)互作，二者同時缺失激活OsCARP1介導稻瘟病抗性。

唐定中教授團隊早期的研究揭示擬南芥AtCPK5與非典型NLR抗病蛋白TIR-NBS 2 (TN2)協(xié)作，在植物PTI和ETI信號中發(fā)揮關(guān)鍵作用(Liu et al., 2017; liu et al., 2024)。但是，水稻CPKs如何參與抗病反應還尚不清楚。首先，通過進化樹分析和蛋白序列同源性比對，該研究發(fā)現(xiàn)水稻鈣依賴蛋白激酶OsCPK5和OsCPK13與擬南芥AtCPK5同源關(guān)系最近。體外蛋白激酶實驗顯示OsCPK5和OsCPK13表現(xiàn)出很強的Ca2+依賴的激酶活性。并且，二者的激酶活性在水稻體內(nèi)也受稻瘟菌侵染的誘導，暗示OsCPK5和OsCPK13在免疫信號轉(zhuǎn)導中具有關(guān)鍵作用。該研究隨后構(gòu)建了oscpk5和oscpk13突變體，發(fā)現(xiàn)單突變體表現(xiàn)減弱的稻瘟病抗性，而過表達材料OE-OsCPK5和OE-OsCPK13則表現(xiàn)出增強的抗病表型(圖1)，表明OsCPK5和OsCPK13正調(diào)控水稻稻瘟病抗性。

圖1. OsCPK5和OsCPK13正調(diào)控水稻稻瘟病抗性

該研究構(gòu)建了oscpk5/13雙突變體，發(fā)現(xiàn)雙突變體中早期免疫反應(包括活性氧ROS迸發(fā)和胼胝質(zhì)沉積)均顯著降低，并且oscpk5/13雙突變體的胼胝質(zhì)沉積較oscpk5和oscpk13單突變體更少，表明OsCPK5和OsCPK13功能上存在加性效應。該結(jié)果與OsCPK5和OsCPK13存在相互作用，且可以相互磷酸化相一致。然而，有趣的是，與oscpk5和oscpk13單突變體不同，oscpk5/13雙突變體表現(xiàn)出增強的稻瘟病抗病表型。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，OsCPK5和OsCPK13與NLR抗病蛋白OsCARP1相互作用，且抑制OsCARP1誘導的煙草細胞死亡。同時，oscpk5/13雙突變體增強的抗病表型依賴OsCARP1 (圖2)。

圖2. NLR抗病蛋白OsCARP1激活oscpk5/13中增強的抗病性