2020年2月6日，瑞士洛桑大学Niko Geldner教授课题组在国际著名学术期刊《Cell》 杂志上在线发表了题为“Co-incidence of Damage and Microbial Patterns Controls Localized Immune Responses in Roots” 的研究论文（Niko Geldner团队周峰博士为该论文的第一作者和共同通讯作者）。该项研究对植物根系利用细胞损伤机制来调控自身免疫系统，从而在复杂的土壤微生物环境中分辨周遭的微生物“是敌是友”？的问题给出了答案。
来自 Cell 杂志官网
概述：
微生物识别相关分子模式（MAMPs）是植物免疫反应的关键。这种复杂的感知系统如何有效地部署在根部，让植物根系不断地暴露在微生物面前，仍然是一个谜。通过分析拟南芥中 MAMP受体的表达和细胞水平的反应，我们观察到分化的外细胞层显示出低表达的模式识别受体（PRRs）和缺乏MAMP反应性。然而，这些细胞可以“门控式”响应相邻细胞的损伤。小细胞簇的光消融显著上调PRR在其附近的表达，受体表达升高足以诱导非反应细胞的反应性。这就是说，局部损伤也会导致对其他非免疫原性、有益细菌的免疫反应。受体过表达越控的损伤门控也抵抗了外源的侵染。作者还发现，细胞损伤可以 “打开” 局部免疫反应，有助于了解但如何使用MAMP感知过程，即便在复杂的土壤微生物环境中。这些发现，第一次揭示了植物如何管控免疫受体，通过整合损伤和MAMP两种不同信号，区分不同微生物的机制，对未来相关研究具有重要借鉴意义。
Cell 2020 180, 440-453.e18DOI: (10.1016/j.cell.2020.01.013)
结果解读：
背景：
作者使用NLS-3xmVENUS材料分析MAMP的体内响应；（由MAMP相关database筛选得来）
•PER5：根中显著强瞬时响应MAMP基因；
•WRKY11：WRKY转录因子，调节MAMP信号，瞬时响应；
•MYB51：受MAMP转录调控，并调控下游拟南芥防御代谢物。
•FRK1：Flg22-类受体激酶，未有参与MAMP信号报道。
1.flg22诱发的MAMP响应特异性发生在拟南芥根中：
通过结合PI细胞结构染色，鉴定到，四个marker基因中FRK1和PER5本底几乎不表达，在flg22诱导后显著表达。空间上，表达部位局限于分生区和伸长区的表皮细胞，少量存在于与成熟区。
图1-1
在利用这两个line和细胞膜红色荧光marker共表达发现，成熟区的根毛原基会打破两个基因的外层定位。
图1-2
同时flg22响应细胞，其周遭存在零星的细胞死亡。
这说明：根成熟区 存在MAMP的响应机制，并且这种机制极度区域化。
2.激光致使的细胞损伤（Ablation ）可以引起根中局部的的MAMP信号响应
通过利用红外激光致伤根部细胞，发现在损伤处周遭有强flg22信号响应，损伤本身对MAMP信号影响不大。这说明：损伤本身不足以激发MAMP信号。
图2
对于伸长区而言，表皮层和皮层响应这样的损伤条件下flg22诱导的MAMP信号最为强烈。这也就说明：不仅仅是成熟区，flg22诱导的MAMP信号是根中的光谱性，普遍性的现象。
3.仅仅通过损伤相关分子模式（DAMP）是不能诱导MAMP响应的：
虽然我们不知道损伤周围的细胞如何感知损伤的，但是免疫上有损伤相关的分子模型（DAMP）。
作者尝试了多种DAMPs，但是可以看到只有FRK1有微弱增强，PER5几乎和对照没有差别。
图3
这也就说明：损伤细胞被周围细胞感知的过程实际上更加的复杂，不仅仅是DAMP过程可以概括的。
4.MAMP的受体表达是受细胞损伤诱导的，并且其表达可以引起下游响应：
试验中发现UBQ10的启动子表达的FLS2，在flg22诱导下显著增高。所以作者利用FLS2自身长启动子构建了荧光回补材料。由图B，C可以看出，在损伤条件下，FLS2可以被转录激活，而且成熟区、伸长区都是。而且时间及空间分布与之前所测定的MAMP情况十分相似。
图4
利用双荧光材料进一步实验，可以发现：损伤情况下flg22诱导的MAMP响应细胞数和FLS2表达诱导的数量很接近。说明：MAMP受体的表达不仅可以被细胞损伤诱导，而且足以引起下游响应。
5.在成熟区，凯氏带阻挡了flg22的信号：
考虑FLS2在中柱中表达，作者利用凯氏带缺陷突变体做检测，看凯氏带是否参与其中。
首先，内源表达的FLS2并没有在sgn3-3中有flg22的响应；但是改用组成型表达的pUBQ10::FLS2时可以在sgn3-3中显著观察到flg22的信号。
图5-1
这说明了：根中的凯氏带有鉴别筛出免疫肽，免疫蛋白的能力
6.木双层干扰了内皮层对flg22的感知：
除了凯氏带具有阻断胞外物质进入中柱之外，木栓层从中也发挥了作用。木栓作用是否也干扰了内皮细胞感知flg22？
图5-2
实验发现，对于分化内胚层早期，依然可以检测到flg22的响应，但是成熟内皮层则不然。
利用esb1和ABA处理的方法增强木栓化之后，早期内皮层细胞中flg22感知被抑制
这说明了：木栓作用和flg22信号感知是两不相容的。
7.细胞损伤可以激活多重模式感知和响应：
为了拓展观察的角度，作者在FLS2的基础上也构建了其他的MAMP转录报告基因，结果发现只要有损伤发生，这些基因都会表达响应。
图6
作者也找了一个独立于MAMP信号的3-OH-C10:0的基因，发现对损伤有显著响应，而且添加后还会增强MAMP信号。这说明了：前面的flg22-FLS2的信号不是MAMP承接的唯一信号，这是一个多重信号接收器。
8.局部的免疫响应受损伤和细菌侵染共同门控：
为了自己的发现是否符合实际的微生物侵染情况，作者分别使用了益生菌（CHA0）和病原菌（GMI1000）对根做了侵染实验。从图ABC可以看出来，益生菌侵染，在根损伤损伤处，有明显MAMP信号响应，DE看出，致病菌则没有。
图7
侵染实验说明：细胞损伤和侧根发生并没有导致MAMP信号的响应减弱，实际的微生物侵染可能有效量更低，更加的复杂。
实验总结与讨论：
植物根系要求在免疫反应同时，存在MAMPs和损伤。这个模型可以帮助解释这些重要的PRRS是如何被植物根系有用地使用的，
MAMP&损伤门控模型
尽管土壤中存在大量的共生或有益微生物，根系却保持对致病性、损伤性细菌的抵抗力。
Conclusion：
拟南芥的根需要细胞损伤，才能诱发强烈的局部免疫反应；
损伤的细胞会使其相邻细胞内模式识别受体被上调表达；
在分化完全的细胞模式中，内皮层屏障隔绝了免疫响应；
损伤的门控可以让非致病性的微生物侵染发生时免疫响应降到最低。
原文链接：<strong>https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30060-X
周峰 博士 (文章第一作者兼共同通讯作者) ，邮箱地址：[email protected]
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