袁文雅团队总结TALE在植物—微生物互作中的“双刃剑”作用

2022年3月25日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室袁文雅团队在国际知名期刊Plant Communications在线发表了题为“TALEs as double-edged swords in plant-pathogen interactions: Progress, challenges and perspectives”的研究综述，总结了病原菌分泌的类转录激活子效应蛋白（transcription activator-like effector, TALE）在植物—微生物互作中“双刃剑”的特点及人们利用此特性对作物进行分子改良的进展，指出了当前存在的挑战并对作物抗病改良的未来进行了展望。

TALE是植物病原菌分泌的一类具有特殊结构和功能的效应蛋白，常见于黄单胞菌属的多种病原菌中，例如感染水稻的黄单胞杆菌水稻变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）和感染柑橘的柑橘溃疡病菌（Xanthomonas citri subsp. citri，Xcc）。通常情况下，TALE通过III 型分泌系统被细菌分泌到宿主细胞中，然后其中部重复序列区（central repeat region, CRR）可以与宿主细胞基因组DNA 上特异的靶点结合，并通过其羧基端激活结构域诱导宿主基因表达。文章总结了当前已报道的TALE与宿主间的互作关系，归纳了TALE分别参与植物感病过程和抗病过程的特点，并指出TALE不但可以调控植物基因表达从而导致宿主感病，还可以被宿主反向利用，成为多种植物抗病反应过程中的关键成员（如图1）。所以，TALE具有双重作用的特点，是一把“双刃剑”。

图1，TALE参与病原菌与植物互作的图示。A，TALE诱导宿主感病基因表达造成植物感病。B，宿主捕获TALE诱导抗病基因表达从而产生抗病。C，宿主感病基因启动子突变，破坏TALE的结合，引起植物抗病。D，宿主产生NLR蛋白识别TALE从而产生抗病反应。E，宿主基本转录起始复合体成员突变，不与TALE结合，造成植物抗病。

本文还讨论了病原菌与植物之间围绕TALE进行的协同进化和适应，总结了人们对类TALE蛋白的认识和开发，探讨了TALE的起源问题可能并不局限于植物病原菌范畴内。

人们关于TALE的不断认知也促进了基因编辑等合成生物学技术的发展，曾经掀起基因编辑热潮的工具TALEN便是由TALE衍生出来。而基因编辑技术的发展，反过来也为利用TALE的特性进行作物改良提供了可能。因此，该文章总结了当前使用基因编辑工具成功改良作物抗病性的方法和实例，指出了现实中可能存在的挑战和机遇，并对作物抗性改良的未来进行了展望。

该文章是团队成员继合作完成水稻抗白叶枯病基因Xa14和Xa1-2/Xa31(t)的克隆后，梳理现有关于TALE的报道总结而成。湖北大学生命科学学院博士后张标明为本文第一作者，已毕业硕士韩晓媛为第二作者，张海涛副教授和袁文雅教授为共同通讯作者。该文受到了国家自然科学基金的资助。

原文链接：

https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(22)00068-2