关于NMD调控抗病免疫和生长平衡方面的研究成果（2020.2.24 Plant Biotechnology Journal)

在真核生物中，基因的准确表达涉及多个复杂而精密的调控过程。其中，无义介导的mRNA降解途径（nonsense-mediated mRNA decay，NMD）能够识别含有提前终止密码子（premature termination codons，PTCs）的异常mRNA， NMD核心因子UPF1被磷酸化并激活，协同UPF2和UPF3并最终对异常mRNA降解，避免有害的、截短的蛋白产物积累而对细胞造成损害。近来研究显示，NMD也可以调控正常基因转录物的降解过程，因此被认为是真核生物中高度保守的转录后调节机制。

近日，知名期刊Plant Cell在线发表了一篇题为“Pathogen-associated Molecular Pattern-triggered Immunity Involves Proteolytic Degradation of Core Nonsense-mediated mRNA Decay Factors During the Early Defense Response”的研究论文，介绍了韩国东亚大学的一项关于NMD调控抗病免疫和生长平衡方面的研究成果。

植物的两层免疫系统包括位于膜上的PRRs对PAMPs的识别后诱发的PTI以及胞内TIR-NBS-LRR （TNL）类型和CC-NBS-LRR （CNL）类型的R基因识别effectors诱发的ETI，在感知病原入侵后，免疫系统的激活会使植物MAPK信号级联通路激活，并发生活性氧爆发、胼胝质积累、植物抗毒素的产生以及抗性相关基因表达的一系列反应等来抵御病原菌，但通常免疫系统的持续激活会影响植物正常生长发育。

在这项研究中发现，NMD途径核心组分UPF1和UPF3被突变后会导致拟南芥在正常环境下培养生长发育受影响，而在高温环境中有所减轻，双突变体在无病原的情况下抗性相关基因上调表达表明其自身免疫被激活，进一步研究发现upf突变体中许多TIR-NBS-LRR （TNL）抗病基因的转录本积累，鉴于NMD的mRNA的转录后调控的功能，作者提出对NMD敏感的R基因转录本的积累导致了这些突变体的基础免疫的观点。

作者对85个TNL和43个CNL类型的R基因进行分析后发现，81.2%TNLs、65.1%CNLs的转录本具有NMD识别特征，表明植物R基因在NMD调控中高度富集。而后对突变体中这些R基因的稳定性进行验证，证实NMD确实参与调控大多R基因表达过程，但并非所有具有NMD敏感特征的R基因都是真正的NMD靶标，NMD是控制具有NMD识别特征的R基因转录本稳态水平的调节途径之一。

由于NMD功能突变体导致免疫激活，但作者检测到UPF基因在侵染后上调表达，此结果与侵染后NMD活性降低不一致，验证知细菌感染虽使UPF上调表达，但致使UPF蛋白的特异性破坏，且用特异抗体杂交发现UPF1在衰亡过程中可能发生构象改变。进一步验证发现在侵染早期，UPF1和UPF3被26S蛋白酶体泛素化降解。对具有NMD识别特征的R基因转录本进行NMD敏感性检测，发现这些R基因对NMD敏感性不同，分为早期和晚期反应。

UPF1屬于一种E3连接酶，而在拟南芥中UPF1泛素化部分依赖于UPF3。植物感知病原入侵后会激活MAPK信号级联途径中MPK3和MPK6抵抗病原，作者发现UPF1/UPF3泛素化的诱导需要丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号级联，这是PTI的关键早期反应，而活性氧可能会刺激UPF2的转化率。

综上，作者发现了NMD这一正常情况下监测异常mRNA的过程可参与调控植物免疫。在植物遭受病原侵染时，通过UPFs降解抑制NMD，并由此稳定细菌感染早期的植物TNLs转录水平，有助于植物建立基础免疫。