揭示水杨酸甲酯介导的植物气传性免疫的分子机制及病毒的反防御机制

3. NAC2激活SAMT1转录

接下来，研究人员开始探索NAC2和MeSA生物合成之间的分子遗传机制。NAC2作为转录因子（扩展数据图3b），可以定位于细胞核中（扩展数据图3c）。随后，研究人员对有和没有蚜虫喂食的WT和NAC2植株进行了RNA测序（RNA-seq）和比较转录组分析，并鉴定了许多潜在的NAC2调节差异表达基因（扩展数据图4和补充表1和2），其中SAMT1的结果特别令人感兴趣（扩展数据图4e）。无论这些植物是否受到蚜虫的侵袭，NAC2植株的SAMT1 RNA水平都低于WT植株（补充表1和2）。SAMT1将SA转化为MeSA19，研究人员通过定量研究NAC2、HA-NAC2过表达和WT植株叶片组织中的SAMT1转录本，以评估NAC2是否通过调节SAMT1的转录表达。结果表明，与WT植株相比，NAC2植株的SAMT1 mRNA水平显著降低，但HA-NAC2过表达植株的SAMT1 mRNA水平升高（扩展数据图3d，e）。此外，荧光素酶报告基因实验表明，NAC2增强了SAMT1启动子控制下的报告基因的转录（扩展数据图3f）。ChIP–qPCR、酵母单杂交和EMSA分析均表明，NAC2与SAMT1启动子结合，并激活报告基因转录（扩展数据图3g-i）。此外，NAC2的瞬时过表达增加了植物MeSA的产生（扩展数据图 3j）。这些结果表明，NAC2-SAMT1模块与植物MeSA生物合成的调控有关。

4. SA激活NAC2-SAMT1模块引发AD

为了研究NAC2是否通过激活SAMT1转录影响接收植株MeSA的产生，研究人员评估了不同处理条件下突变株NAC2、NahG和WT植株中的NAC2和SAMT1的mRNA水平（图 2f）。蚜虫侵袭后，WT和NAC2植株的SA水平升高程度相近，然而，细胞MeSA和SAMT表达的增加仅在WT植株中发现（图2e-g）。在WT接收植株和NAC2接收植株邻近蚜虫侵袭植株中也发现了类似的结果（图 2h-j）。这些结果表明，NAC2是蚜虫定向诱导或蚜虫介导的SAMT1表达和挥发性MeSA产生所必需的。此外，外源性SA上调了NAC2和SAMT1在WT植株中的表达，但在NAC2突变株中SAMT1 mRNA的表达水平未显著改变（图 2k，l）。与NAC2突变株相比，外源性SA也诱导WT植株的MeSA挥发性和蚜虫驱避性（图2m–p），并增加SAMT1-KO植株中NAC2和SAMT1转录本的水平（图 2q；图2b，c），samt1植株对蚜虫的吸引力也更强，而且在samt1植株中外源性SA不诱导蚜虫驱避（图2r-t）。此外，暴露于蚜虫侵袭的samt1植株中挥发性MeSA的产生减少（图3a，b），在进一步的蚜虫行为学实验中，研究人员发现与邻近模拟的WT接收植株相比，邻近蚜虫侵袭的WT发射植株的WT接收植株对蚜虫的驱避性更强，然而，无论何时将这些发射植株暴露于蚜虫侵袭中，与NAC2或SAMT1发射植株相邻的WT接收植株在蚜虫驱避性方面都没有显著差异（图3c-e）。这些结果进一步证实了MeSA作为植物AD中PPC信号的作用。总的来说，结果表明SA可以激活NAC2-SAMT1转录进而增加发射和接收植株中挥发性MeSA的产生。

作为一种SA结合蛋白，SABP2也可以与MeSA结合，这对于细胞内MeSA转化为SA至关重要。因此，SABP2可以作为一种OBP样受体，感知并将发射植株产生的挥发状态MeSA转化为SA以触发NAC2介导的接收植株中的蚜虫抗性。为了验证这一想法，研究人员首先确认SABP2与SA结合（图3f），通过竞争结合实验验证MeSA是否影响SABP2-SA的结合活性（图3g）。在无MeSA的情况下，SABP2-[3H]SA（50 Ci mmol−1）结合力为100%。然而，在相同的实验条件下，3nM和15nM的MeSA，SABP2对[3H]SA的结合活性分别降低到约74%和46%（图3g）。因此，3nM的MeSA足以满足用于[3H]SA与SABP2的竞争结合实验，表明MeSA可以以生理浓度与SABP2结合。随后，研究人员建立了SABP2-KO突变株（sabp2），并测试了sabp2突变株与WT植株的蚜虫驱避性，用挥发性的MeSA处理，然后进行通气，挥发性的MeSA处理可增加WT的蚜虫驱避性和SA生物合成，但对于sabp2突变株并没有增加（图3h-j和扩展图2d）。此外，蚜虫喂食WT发射植株增加了WT植株的蚜虫驱避性，但sabp2未增加（图3k）。此外，外源性的SA对WT和sabp2植株的MeSA挥发性无显著差异，表明SABP2对MeSA的释放不是必须的（图3l，m）。这些结果表明，SABP2确实是一种OBP样受体，可以感知并将空气中的MeSA转化为SA，引起NAC2介导的蚜虫驱避性。

SAMT1是植物抗病毒免疫所必需的。为了测试SAMT1是否为NAC2介导的植物抗病毒免疫中的一个组成部分。研究人员敲低（KD）samt1植株中的NAC2，使用基于烟草脆裂病毒（TRV）诱导的基因沉默产生nac2/samt1双突变植株。与NAC2突变株一样，NAC2-KD植株表现出正常生长，和对CMV和PVY的高易感性（图1e-j，扩展数据图5a-e，h-l），表明病毒诱导的基因沉默NAC2-KD与NAC2-KO株有相似性。然而，nac2/samt1和samt1植株表现出相似程度的CMV或PVY易感性（图 5a-e，h-l）。此外，CMV感染增强了植物细胞内MeSA水平（扩展数据图5f）。在病毒感染期间，NAC2-KD、samt1和nac2/samt1植株的未侵袭叶片产生相似数量的MeSA，但与WT植株相比，数量较低（扩展数据图5g）。此外，作者还研究了外源性MeSA或SA在nac2、sabp2、samt1和WT不同植株中，MeSA是否以及如何通过NAC2介导植物抗病毒防御。与WT植株相比，nac2、samt1和sabp2植株对CMV和PVY更易感（图3n，o）。然而，外源性MeSA可以降低nac2和samt1植株的病毒易感性，但对sabp2植株无效（图 3n，o），可能是由于WT、nac2和samt1植株中的MeSA转化为 SA。外喷SA也可以降低nac2、samt1和sabp2植株的病毒易感性（图3n，o）。这与以下事实一致：SA可以抑制多种病毒对植物的感染，包括CMV、马铃薯病毒X和TMV。

综上所述，MeSA结合蛋白SABP2能够在结合MeSA时，将细胞间的MeSA转化成SA。由此实现信号的发起。随后SA激活NAC2-SAMT1模块，以此上调内源MeSA水平，促进NAC2依赖性SAMT1的转录与翻译。