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植物使用kiwellin蛋白质(猕猴桃中一种蛋白)对抗真菌
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真菌感染会影响作物产量。发现可抵抗真菌诱导的宿主代谢干扰的植物蛋白可以阐明抗真菌防御和抑制代谢酶的机制。 在植物中引起疾病的生物（如真菌）通常会分泌有助于宿主生长和繁殖的蛋白质。这些被称为效应蛋白，并且一些是解除调节的代谢酶，其操纵植物中的关键代谢途径。Han等（2019）在Nature杂志中发文揭示玉米中的蛋白质阻断真菌效应酶的酶活性，从而阻碍效应物以限制植物防御反应的方式影响玉米代谢的能力。  图1. kiwellin解除了分泌的真菌毒力因子的代谢活动 以前很少有人知道kiwellins的功能，它们在猕猴桃高表达，可以触发人体过敏反应。Han等人发现kiwellin编码序列存在于非种子植物（例如苔藓）和种子生产植物（例如针叶树和开花植物）中。然而，kiwellins不是普遍存在的，并且在包括模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的十字花科（Brassicaceae）植物家族中未被鉴定。尽管包括苔藓在内的许多物种的基因组仅编码一个kiwellin，但是Han 等人的基因分析，表明，随着植物进化，可能通过基因复制发生了一些谱系特异性的kiwellin增加。 令人感兴趣的是，kiwellin编码基因也存在于感染植物的一些真菌的基因组中，包括U. maydis。Han及其同事没有推测这些基因可能的起源或功能。也许真菌kiwellins是通过谷物宿主植物的基因转移获得的，因为它们与谷物中的大量kiwellin最相似。这些真菌kiwellins是否可以抵抗植物kiwellins对其效应物的抑制作用？未来的实验可以研究这种可能性。 为了确定kiwellins的哪些特征可以使它们与效应蛋白形成强烈和特异性的相互作用，Han及其同事使用X射线晶体学生成Zm KWL1的结构模型。研究揭示了猕猴桃植物kiwellins的Zm KWL1具有由称为二硫键大量的连接稳定的中央“β桶”结构域。这种类型的布置是进化上保守的在通常被称作病理相关4个家族蛋白植物分泌防御蛋白，以及在被称为赛拉-platanins真菌分泌的蛋白中发现的调节与宿主如植物的真菌相互作用。然而，植物kiwellins还含有一种称为反平行β-折叠的结构，由两条β-链和多个表面暴露的环组成。Han及其同事对与Zm KWL1 复合的U. maydis Cmu1 的结构研究显示蛋白质之间存在广泛的相互作用。这种相互作用主要形成在反平行β-折叠中的Zm KWL1氨基酸残基和真菌酶特有的广泛环区域中的Cmu1残基之间。 Han等人揭示了Zm KWL1是通过影响酶的催化而不是通过竞争其底物分子-分支酸的结合来抑制Cmu1。当作者阻止玉米中Zm KWL1 的表达时，U. maydis的植物感染比表达Zm KWL1的玉米更严重。据推测，这是因为缺乏Zm KWL1使得U. maydis Cmu1能够将分支酸转化为预苯酸盐，从而限制了分支酸对合成植物防御激素水杨酸的可用性（图2）。先前的工作显示在U. maydis中缺失编码Cmu1的基因 与具有Cmu1的菌株的感染相比，导致水杨酸产生和相关植物防御反应的增加以及真菌感染成功的减少。  图2 植物和真菌酶在控制植物代谢方面的竞争 分支酸是植物中的关键代谢物分子，植物中多种途径都以分支酸为代谢中间物，这些途径产生包括氨基酸、激素、维生素和植物细胞壁成分的分子。分支酸酶具有相似的结构和反应机制。ZmKWL1以这种特异性抑制Cmu1 的能力提出了植物中的其他kiwellin是否已进化为特异性抑制相关酶（包括异长霉素酶）的问题。 Han及其同事为识别其他kiwellin效应靶标奠定了基础。对kiwellin进化和功能的详细的未来分析可能有助于揭示这些蛋白质的全部作用。也许可以开发天然存在的或工程化的kiwellin，其特异性地抑制使用分支酸酯或同分异构酶的一系列酶以提高农业生产力。此外，kiwellins可用于操纵分支酸代谢，以增强各种商业分支酸衍生产物的产生。 目前的抗真菌药物主要有唑类、多烯类、特比萘酚、棘白菌素、两性霉素B等化学药物，此类化学药物会分别引起肾、肝脏、心脏、神经等部位的不良反应。Kiwellins也有可能被开发为治疗人类疾病的抗微生物制剂。某些细菌，包括引起结核病的细菌，使用分支酸产生它们感染所需的分子。人类基因组既不编码使用分支酸酶也不编码kiwellins; 因此，应该研究基于kiwellin的这些微生物靶标的抑制。由kiwellins结合的代谢蛋白的范围可能超出使用分支酸的酶，并且发现这些蛋白质的全部多功能将是令人兴奋的。 doi：10.1038/s41586-018-0857-9 doi：10.1038/d41586-019-00092-2 |
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